專利名稱：基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的雙頻四路功率分配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率傳輸領(lǐng)域，特別是一種基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的雙頻四路功率分配器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，隨著現(xiàn)代通信系統(tǒng)高新技術(shù)水平的不斷提高，電子系統(tǒng)向著短、小、輕、薄和高可靠、高性能、高速度的方向快速發(fā)展?，F(xiàn)有的集成電路已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)集成的需要，這就促進(jìn)了集成電路新技術(shù)的發(fā)展。而近些年發(fā)展起來的LTCC(Low TemperatureCo-fired Ceramic，低溫共燒陶瓷)多層集成電路技術(shù)，簡稱LTCC技術(shù)，已經(jīng)成為高速高密度集成技術(shù)研究發(fā)展的熱點。
LTCC技術(shù)可在多層陶瓷基板中同時埋置多個電路部件(如電阻、低容值電容、阻抗轉(zhuǎn)換器、濾波器、耦合器等)，然后將多個單層陶瓷基板在垂直方向上進(jìn)行疊壓，并在800 950°C溫度下燒結(jié)，從而制成三維的彼此間互相獨立的高密度電路；它還可將無源器件埋置在多層基板內(nèi)部，將有源器件和IC (integrated circuit,集成電路板)芯片貼在整個基板表面，從而制成無源/有源集成的功能模塊。功率分配器(簡稱功分器)是將輸入功率分成相等或不相等的幾路功率輸出的一種多端ロ微波器件。在微波毫米波等高頻系統(tǒng)中，都需要將發(fā)射或接收功率按一定的比例分配到各個子單元，因此微波毫米波功分器在微波毫米波組件與系統(tǒng)中得到了大量的應(yīng)用。這里功分器有多種實現(xiàn)形式，如3dB電橋耦合器、分支線電橋耦合器、環(huán)形電橋耦合器、Wilkinson (威爾金森)功分器等多種結(jié)構(gòu)的功率分配器。目前，隨著無線通信的高速發(fā)展，器件的寬頻帶、小型化、低損耗是微波射頻電路的研究熱點，而且隨著超寬帶天線、超寬帶濾波器等超寬帶器件的研究，對超寬帶的功率分配器的需求越來越大。在Wilkinson功分器設(shè)計中，通常使用的傳輸線為TEM或準(zhǔn)TEM傳輸線，比如微帶線、帯狀線、共面波導(dǎo)等。現(xiàn)有Wilkinson功分器存在的缺點(I)如圖1所示,為傳統(tǒng)的Wilkinson功分器結(jié)構(gòu),但是Wilkinson功分器較窄的帶寬嚴(yán)重限制了其在超寬帶的應(yīng)用。(2)如圖2所示，為現(xiàn)有技術(shù)的雙頻Wilkinson功分器的結(jié)構(gòu)，該功分器采用了兩個隔離電阻，并且其尺寸較大，Wilkinson功分器應(yīng)用于較高頻段時，波長就會與隔離電阻的尺寸相比擬，則不能忽略隔離電阻處存在的分布參數(shù)，而分布參數(shù)在功分器仿真設(shè)計是很難預(yù)測，且對最終測試結(jié)果有很大影響。(3)對于現(xiàn)有技術(shù)中的Wilkinson功分器，為了使其工作于更寬的頻段內(nèi)，一般通過增加隔離電阻的個數(shù)與傳輸線的級數(shù)來拓寬帶寬，如圖3所示。但由于自身結(jié)構(gòu)上的限制，會產(chǎn)生較高的損耗，同時增加隔離電阻分布參數(shù)帶來的附加影響，導(dǎo)致測試結(jié)果和計算結(jié)果間較大的差異，Wilkinson功分器的性能下降,另外其體積也相對較大。所以，如何設(shè)計ー種功率分配器，能夠同時實現(xiàn)超寬帶的功率分配以及電路系統(tǒng)的小型化便成為了亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的雙頻四路功率分配器，以解決目前功率分配器不能同時實現(xiàn)超寬帶的功率分配以及電路系統(tǒng)的小型化的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的雙頻四路功率分配器，應(yīng)用于高頻系統(tǒng)中，該雙頻四路功率分配器包括輸入過渡模塊、分配模塊以及輸出模塊；其中，所述輸入過渡模塊，與外部電路 和所述分配模塊相連接，用于接收所述外部電路輸入的功率，將該功率傳送至所述分配模塊；所述分配模塊，與所述輸入過渡模塊和輸出模塊相連接，用于接收所述輸入過渡模塊輸入的功率，并將該功率分配為至少兩路的功率，傳送至所述輸出模塊；所述輸出模塊，與所述分配模塊和外部電路相連接，用于將所述分配模塊分配后的至少兩路的功率傳輸至所述外部電路。進(jìn)ー步地，所述輸入過渡模塊進(jìn)一歩包括帶狀線、接地板、接地孔、過渡柱以及共面波導(dǎo)；其中，所述帶狀線，與所述外部電路和過渡柱相耦接，用于將所述外部電路輸入的功率傳輸至所述過渡柱；所述過渡柱，與所述帶狀線和共面波導(dǎo)相耦接，用于將所述帶狀線傳輸?shù)墓β蕚鬏斨了龉裁娌▽?dǎo)；所述共面波導(dǎo)，與所述過渡柱和分配模塊相耦接，用于接收所述過渡柱傳輸?shù)墓β什⒃摴β瘦敵鲋了龇峙淠K；所述接地板，與所述帶狀線共面設(shè)置；所述接地孔，分布設(shè)置于所述接地板的板面上。進(jìn)ー步地,其特征在于,所述分配模塊進(jìn)一步為雙頻漸變Wilkinson功分器。進(jìn)ー步地,其特征在于,所述雙頻漸變Wilkinson功分器進(jìn)ー步包括含有一分ニ接頭的傳輸線。進(jìn)ー步地，所述輸出模塊進(jìn)一歩包括兩路輸出支路和雙頻分支線；其中，所述輸出支路，與所述分配模塊和雙頻分支線相耦接，用于接收所述分配模塊分配的兩路功率，并將該功率傳輸至所述雙頻分支線；所述雙頻分支線，與所述輸出支路相耦接，用于接收所述輸出支路發(fā)送的功率并將該功率輸出至所述外部電路。進(jìn)ー步地，所述兩輸出支路對稱設(shè)置，且所述兩輸出支路之間設(shè)置有至少ー個隔離電阻。進(jìn)一步地,所述雙頻分支線的長度小于中心頻率對應(yīng)的波長。進(jìn)ー步地，所述分配模塊采用傳輸線漸變的形式。進(jìn)ー步地，所述傳輸線漸變的形式進(jìn)ー步由公式w (z) = (W2-W1) - (W2-W1)sin2 ( n z/21)確定。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的ー種基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的雙頻四路功率分配器，達(dá)到了如下效果I)本發(fā)明所述功率分配器有效減小了在射頻微波頻段功率分配器件的體積，為通信系統(tǒng)的小型化提供了進(jìn)ー步的保證，并且采用雙頻四路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了超寬帶的功率分配，能夠有效提高器件性能；2)本發(fā)明所述的功率分配器采用薄膜技術(shù)設(shè)計的隔離電阻，減小了功分器由隔離電阻造成的寄生效應(yīng)的影響，并省去了體積大價格高的隔離電阻，有效提高了元件的傳輸特性，降低了功分器的成本；3)本發(fā)明所述的功率分配器在結(jié)構(gòu)上少了ー個隔離端，由于結(jié)構(gòu)上的対稱性，其輸出端間的相位一致性好，克服了分支線電橋功分器兩輸出端間相位不一致不能實現(xiàn)良好駐波性能的問題；4)本發(fā)明所述的功率分配器輸入與輸出匹配良好，輸出端之間具有很好的隔離， 體積小，成本低，工作頻段寬，損耗低。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中Wilkinson功分器的內(nèi)部電路示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中帶有雙頻傳輸線的Wilkinson功分器內(nèi)部電路示意圖；圖3是本發(fā)明實施例所述的ー種基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的雙頻四路功率分配器的結(jié)構(gòu)框圖。圖4是采用本發(fā)明實施例所述裝置的俯視結(jié)構(gòu)圖；圖5是采用本發(fā)明實施例所述裝置的側(cè)視結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式如在說明書及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，硬件制造商可能會用不同名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權(quán)利要求并不以名稱的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區(qū)分的準(zhǔn)則。如在通篇說明書及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的“包含”為ー開放式用語，故應(yīng)解釋成“包含但不限定干”?！按笾隆笔侵冈诳山邮艿恼`差范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在一定誤差范圍內(nèi)解決所述技術(shù)問題，基本達(dá)到所述技術(shù)效果。此外，“耦接” 一詞在此包含任何直接及間接的電性耦接手段。因此，若文中描述ー第一裝置耦接于一第二裝置，則代表所述第一裝置可直接電性耦接于所述第二裝置，或通過其他裝置或耦接手段間接地電性耦接至所述第二裝置。說明書后續(xù)描述為實施本發(fā)明的較佳實施方式，然所述描述乃以說明本發(fā)明的一般原則為目的，并非用以限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)說明，但不作為對本發(fā)明的限定。如圖3所示，為本發(fā)明所述基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的雙頻四路功率分配器，所述雙頻四路功率分配器10應(yīng)用于高頻系統(tǒng)中，該雙頻四路功率分配器包括輸入過渡模塊101、分配模塊102以及輸出模塊103 ;其中，所述輸入過渡模塊101，與外部電路和所述分配模塊102相連接，用于接收所述外部電路輸入的功率，將該功率傳送至所述分配模塊102。在本發(fā)明的實施例中，所述輸入過渡模塊101的結(jié)構(gòu)可以包括帶狀線到共面波導(dǎo)的過渡，進(jìn)ー步包括帶狀線、接地板、接地孔、過渡柱以及共面波導(dǎo)，所述輸入過渡模塊101與外部電路連接的端ロ可以采用SMA端ロ。所述分配模塊102，與所述輸入過渡模塊101和輸出模塊103相連接，用于接收所述輸入過渡模塊101輸入的功率，并將該功率分配為至少兩路，傳送至所述輸出模塊103。在本發(fā)明的實施例中，所述分配模塊102可以采用雙頻漸變Wilkinson功分器。所述輸出模塊103，與所述分配模塊102和外部電路相連接，用于將所述分配模塊102分配后的功率傳輸至所述外部電路。在本發(fā)明的實施例中，所述輸出模塊102的結(jié)構(gòu)可以采用兩輸出支路和雙頻分支線，該兩輸出支路對稱設(shè)置，且所述兩輸出支路間設(shè)置有隔離電阻；所述分支線的長度小于中心頻率對應(yīng)的波長。
下面為實施例一如圖4和5所示，本發(fā)明所述雙頻四路功率分配器采用LTCC多層集成電路技木，所述過渡模塊101的具體實施結(jié)構(gòu)包括帶狀線到共面波導(dǎo)的過渡；其中，帶狀線到共面波導(dǎo)的過渡結(jié)構(gòu)包括帶狀線、接地板、接地孔、過渡柱、共面波導(dǎo)；其中，所述帶狀線，與所述外部電路和過渡柱相耦接,用于將所述外部電路輸入的功率傳輸至所述過渡柱；所述過渡柱，與所述帶狀線和共面波導(dǎo)相耦接，用于將所述帶狀線傳輸?shù)墓β蕚鬏斨了龉裁娌▽?dǎo)；所述共面波導(dǎo)，與所述過渡柱和分配模塊相耦接，用于接收所述過渡柱傳輸?shù)墓β什⒃摴β瘦敵鲋了龇峙淠K；所述接地板，與所述帶狀線共面設(shè)置；所述接地孔，分布設(shè)置于所述接地板的板面上。過渡模塊101中的整個過渡段模擬同軸傳輸線，其工作主模為TEM模(Transverse Electric and Magnetic Field Mode,在波導(dǎo)中，電場與磁場的縱向分量都為零的傳播模式)，同樣，帯狀線和共面波導(dǎo)的工作主模為準(zhǔn)TEM模，使得該過渡結(jié)構(gòu)的工作帶寬極寬，不會對其后的功分器的工作帶寬產(chǎn)生影響。所述分配模塊102具體可以是雙頻漸變Wilkinson功分器。具體來說，所述分配模塊102中的所述雙頻漸變Wilkinson功分器由傳輸線組成，其傳輸線包括一分ニ接頭，接頭的合路端ロ連接輸入支路，接頭的兩支路端ロ分別連接兩輸出支路，在輸入端與兩支路連接處和輸出端與兩支路連接處，該功分器采用了切角技術(shù)，以實現(xiàn)更好的輸入與輸出端ロ之間的信號傳輸，從而獲得更寬的工作帶寬。所述輸出模塊103具體可以是兩輸出支路和雙頻分支線。所述輸出模塊103的結(jié)構(gòu)可以采用兩輸出支路和雙頻分支線，該兩輸出支路對稱設(shè)置，且所述兩輸出支路間設(shè)置有隔離電阻；所述分支線的長度小于中心頻率對應(yīng)的波長。在所述分配模塊102和輸出模塊103的雙頻漸變Wilkinson功分器的T型頭或Y接頭的輸出主支路之間設(shè)置隔離電阻和雙頻分支線的基礎(chǔ)之上，設(shè)置一段漸變微帶線，通過調(diào)節(jié)漸變曲線兩端的寬度、隔離電阻的大小和位置，該功分器可以獲得良好的輸出隔離和輸入輸出匹配，且在使用相同隔離電阻的情況下，該功分器較現(xiàn)有的雙頻漸變Wilkinson功分器具有更寬的工作帶寬。另外，這里在連接輸入與輸出端ロ的兩級傳輸線中，可以通過采用經(jīng)驗公式對第一級傳輸線建摸。通過傳輸線理論和奇偶模理論分析計算，可以的獲得兩級傳輸線的特性阻抗大小以及電長度、隔離電阻的初值。隔離電阻的大小和在兩支路之間的位置會隨著不同的工作頻段而變化。上述本發(fā)明所提供的雙頻漸變Wilkinson功分器,還可以進(jìn)ー步采用傳輸線與奇偶模理論，運用電磁場仿真軟件分析優(yōu)化，使得功分器在工作帶寬內(nèi)，輸入與輸出匹配良好，輸出端之間有較好的隔離，輸入輸出的駐波性能以及輸出端ロ間的隔離性能都得到很好的提聞。下面為實施例ニ為了方便描述，將圖4和圖5中加入A-D四個段符，分別將本發(fā)明所述功率分配器分為3段AB段、BC段和⑶段。如圖4和圖5所示，該功分器輸入與輸出端ロ的特性阻抗皆為50歐姆，各端ロ可采用SMA接頭實現(xiàn)輸出，該功分器的介質(zhì)可采用陶瓷材料FerroA6M，其介電常數(shù)是5. 9，損耗角正切為0.002，每層介質(zhì)基板厚度為0.094mm (共燒后)。為了使輸入端與分支線之間有更好的傳輸特性，采用切角的設(shè)計技術(shù)，在CD段，該功分器采用傳輸線漸變的形式，其漸變形式采用經(jīng)驗公式w(z) = (W2-W1)-(W2-W1)Sin2O z/21),其中0彡z彡I。w(z)為微帶線沿⑶方向的寬度，z為BC方向的坐標(biāo)，Wl、W2分別為C、D兩處微帶線的寬度，I為CD段的長度。w1、w2可以分別由 微帶線C，D兩處的特性阻抗4、Z2決定。
「 ， 7 (為—Z0)Zっる=;0,；7 _ 020 +為)(―Z02)[l + tan2(パ2/2)] + 4Z0Jtan_(パ2/2)[tan2(パ2/2) —tan2(似)]
2 I24其中A1 = Z0 tan2 ( 3 212) [1+tan2 ( 3 212) ] _2Z0 tan2 ( 3 212) [1+tan2 ( 3 山)]A2 = ^Z10 + SZ,; tan こ(J'!') tail1 (/ ,/.)I1, I2, ^ ^ 分別為BC、⑶段的長度和相位常數(shù)。另外，R =——2iZ|Z; tan^i'1 *-
Z1Z2 Ian(Zyi)^ZUaniJS1I2')I2的大小可以由以上各式聯(lián)合下式得到Z1Z; tan(バス)+ Zl tan(パ2人)=Z(JZ, tan( /フス)tan(バ丄)-Z(Z,從而獲得兩級傳輸線的特性阻抗大小以及電長度、隔離電阻的初值，使所述功分器可以獲得良好的輸出隔離和輸入輸出匹配，并具有更寬的工作帶寬。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的ー種基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的雙頻四路功率分配器，達(dá)到了如下效果I)本發(fā)明所述功率分配器有效減小了在射頻微波頻段功率分配器件的體積，為通信系統(tǒng)的小型化提供了進(jìn)ー步的保證，并且采用雙頻四路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了超寬帶的功率分配，能夠有效提高器件性能；2)本發(fā)明所述的功率分配器采用薄膜技術(shù)設(shè)計的隔離電阻，減小了功分器由隔離電阻造成的寄生效應(yīng)的影響，并省去了體積大價格高的隔離電阻，有效提高了元件的傳輸特性，降低了功分器的成本；3)本發(fā)明所述的功率分配器在結(jié)構(gòu)上少了ー個隔離端，由于結(jié)構(gòu)上的対稱性，其輸出端間的相位一致性好，克服了分支線電橋功分器兩輸出端間相位不一致不能實現(xiàn)良好駐波性能的問題；4)本發(fā)明所述的功率分配器輸入與輸出匹配良好，輸出端之間具有很好的隔離，體積小，成本低，工作頻段寬，損耗低。上述說明示出并描述了本發(fā)明的若干優(yōu)選實施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識 進(jìn)行改動。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的雙頻四路功率分配器，應(yīng)用于高頻系統(tǒng)中，其特征在于，該雙頻四路功率分配器包括輸入過渡模塊、分配模塊以及輸出模塊；其中，所述輸入過渡模塊，與外部電路和所述分配模塊相連接，用于接收所述外部電路輸入的功率，將該功率傳送至所述分配模塊；所述分配模塊，與所述輸入過渡模塊和輸出模塊相連接，用于接收所述輸入過渡模塊輸入的功率，并將該功率分配為至少兩路的功率，傳送至所述輸出模塊；所述輸出模塊，與所述分配模塊和外部電路相連接，用于將所述分配模塊分配后的至少兩路的功率傳輸至所述外部電路。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的雙頻四路功率分配器，其特征在于，所述輸入過渡模塊進(jìn)一步包括帶狀線、接地板、接地孔、過渡柱以及共面波導(dǎo)；其中，所述帶狀線，與所述外部電路和過渡柱相耦接，用于將所述外部電路輸入的功率傳輸至所述過渡柱；所述過渡柱，與所述帶狀線和共面波導(dǎo)相耦接，用于將所述帶狀線傳輸?shù)墓β蕚鬏斨了龉裁娌▽?dǎo)；所述共面波導(dǎo)，與所述過渡柱和分配模塊相耦接，用于接收所述過渡柱傳輸?shù)墓β什⒃摴β瘦敵鲋了龇峙淠K；所述接地板，與所述帶狀線共面設(shè)置；所述接地孔，分布設(shè)置于所述接地板的板面上。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的雙頻四路功率分配器，其特征在于，所述分配模塊進(jìn)一步為雙頻漸變Wilkinson功分器。
4.如權(quán)利要求3所述的一種基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的雙頻四路功率分配器，其特征在于，所述雙頻漸變Wilkinson功分器進(jìn)一步包括含有一分二接頭的傳輸線。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的雙頻四路功率分配器，其特征在于，所述輸出模塊進(jìn)一步包括兩路輸出支路和雙頻分支線；其中，所述輸出支路，與所述分配模塊和雙頻分支線相耦接，用于接收所述分配模塊分配的兩路功率，并將該功率傳輸至所述雙頻分支線；所述雙頻分支線，與所述輸出支路相耦接，用于接收所述輸出支路發(fā)送的功率并將該功率輸出至所述外部電路。
6.如權(quán)利要求5所述的一種基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的雙頻四路功率分配器，其特征在于，所述兩輸出支路對稱設(shè)置，且所述兩輸出支路之間設(shè)置有至少一個隔離電阻。
7.如權(quán)利要求5所述的一種基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的雙頻四路功率分配器，其特征在于，所述雙頻分支線的長度小于中心頻率對應(yīng)的波長。
8.如權(quán)利要求1所述的一種基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的雙頻四路功率分配器，其特征在于，所述分配模塊采用傳輸線漸變的形式。
9.如權(quán)利要求8所述的一種基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的雙頻四路功率分配器，其特征在于，所述傳輸線漸變的形式進(jìn)一步由公式w(z) = (W2-W1)-(W2-W1)Sin2O z/21)確定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的雙頻四路功率分配器，應(yīng)用于高頻系統(tǒng)中，包括輸入過渡模塊、分配模塊以及輸出模塊；其中，所述輸入過渡模塊，與外部電路和所述分配模塊相連接；所述分配模塊，與所述輸入過渡模塊和輸出模塊相連接；所述輸出模塊，與所述分配模塊和外部電路相連接。本發(fā)明解決了目前功率分配器不能同時實現(xiàn)超寬帶的功率分配以及電路系統(tǒng)的小型化的問題。
文檔編號H01P5/16GK103022616SQ20121054119
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者黃森, 榮沫, 韓世虎 申請人:四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司