一种超宽带功分器

技术领域

本申请涉及功分器技术领域，特别涉及一种超宽带功分器。

背景技术

在微波系统中，功分器是将输入功率分成等分或不等分的多路功率输出的一种多端口微波器件，将发射功率按一定的比例分配到各发射单元，因此功分器在微波系统中有着广泛的应用。威尔金森功分器结构简单且具有的良好隔离度，是使用最广泛的功分器结构之一。随着宽带天线、宽带滤波器等宽带器件的不断发展，对宽带功分器的需求也越来越大，目前常见的是采用多节四分之一波长变换器代替四分之一波长传输线来拓展传统威尔金森功分器带宽，实现超宽带功分器，但是采用多节威尔金森结构的功分器由于引入了太多四分之一波长传输线，体积大大增加，不利于微波系统的小型化。

发明内容

本申请实施例提供一种超宽带功分器，解决了现有的功分器在实现超宽带性能时体积会增加，不利于微波系统小型化的问题。

本发明是这样实现的，一种超宽带功分器，包括：

输入端；

第一输出端；

第二输出端；

两根相同的折叠线型耦合微带线，所述折叠线型耦合微带线包括依次耦合连接的输入微带线、一级微带线、二级微带线、三级微带线和输出微带线；

两个所述输入微带线并联，且所述输入微带线与所述输入端耦合连接；

两个所述输出微带线的其中一个所述输出微带线与所述第一输出端耦合连接，另一个所述输出微带线与所述第二输出端耦合连接。

根据本申请实施例提供的超宽带功分器，在输入端和两个输出端之间设置两根具有多级微带线的折叠线型耦合微带线，可以增加功分器的节数，进而使功分器形成为多节级联的功分器，有效提升功分器的带宽，本实施例用微带线来代替传统的传输线，可以减小功分器的尺寸，因此本申请实施例的超宽带功分器不仅可以实现超宽带的性能，还能够减小尺寸，有利于微波系统的小型化。

在其中一个实施例中，两根所述折叠线型耦合微带线关于所述输入端的中轴线对称，且两根所述折叠线型耦合微带线均沿中轴线方向延伸。

在其中一个实施例中，所述输入微带线由连接在一起的两段传输线组成，且第一段传输线与所述输入端耦合连接，第一段传输线的长度为100微米，第一段传输线的宽度为63.5微米，第二段传输线的长度为110微米，第二段传输线的宽度为57.5微米；

所述一级微带线由依次连接的四段传输线组成，第一段传输线的长度为450微米，第二段传输线的长度为170微米，第三段传输线的长度为350微米，第四段传输线的长度为50微米，所述一级微带线的宽度为14微米；

所述二级微带线由依次连接的四段传输线组成，第一段传输线的长度为50微米，第二段传输线的长度为350微米，第三段传输线的长度为300微米，第四段传输线的长度为200微米，所述二级微带线的宽度为26微米；

所述三级微带线为直线形，所述三级微带线的长度为350微米，所述三级微带线的宽度为27微米；

所述输出微带线为直线形，所述输出微带线的长度为150微米，所述输出微带线的宽度为16微米。

在其中一个实施例中，所述超宽带功分器还包括：

第一隔离电阻，所述第一隔离电阻设置在第一根折叠线型耦合微带线的一级微带线和二级微带线的连接处与第二根折叠线型耦合微带线的一级微带线和二级微带线的连接处之间；

第二隔离电阻，所述第二隔离电阻设置在第一根折叠线型耦合微带线的二级微带线和三级微带线的连接处与第二根折叠线型耦合微带线的二级微带线和三级微带线的连接处之间；

第三隔离电阻，所述第三隔离电阻设置在第一根折叠线型耦合微带线的三级微带线和输出微带线的连接处与第二根折叠线型耦合微带线的三级微带线和输出微带线的连接处之间。

在其中一个实施例中，所述第一隔离电阻、所述第二隔离电阻以及所述第三隔离电阻均为薄膜电阻，且所述薄膜电阻的材料为氮化钽材料。

在其中一个实施例中，所述第一隔离电阻的长度为80微米，所述第一隔离电阻的宽度为27微米；

所述第二隔离电阻的长度为250微米，所述第二隔离电阻的宽度为58微米；

所述第三隔离电阻的长度为230微米，所述第三隔离电阻的宽度为50微米。

在其中一个实施例中，所述超宽带功分器的工作频率段为10～43.5GHz。

在其中一个实施例中，所述超宽带功分器还包括介质板，所述输入端、第一输出端、第二输出端和两根相同的折叠线型耦合微带线均设置在所述介质板上。

在其中一个实施例中，所述超宽带功分器还包括接地焊盘，所述介质板上对应于所述输入端的位置设有与所述输入端焊接连接的一对所述接地焊盘；所述介质板上对应于所述第一输出端的位置设有与所述第一输出端焊接连接的一对所述接地焊盘；所述介质板上对应于所述第二输出端的位置设有与所述第二输出端焊接连接的一对所述接地焊盘。

在其中一个实施例中，所述超宽带功分器采用薄膜IPD工艺制造。

从以上技术方案可以看出，本发明的实施例实现的有益效果为：在输入端和输出端之间设置具有多段耦合连接的微带线，可以使功分器具有多节转换器，这样就可以增加功分器的带宽，实现超宽带的性能，而采用微带线来代替传统的传输线可以有效的减小功分器的尺寸，进而缩小功分器的体积，有利于微波系统小型化；此外，可以采用薄膜IPD工艺制造功分器，能够极大的增强功分器的集成度，有效缩减了功分器的尺寸，而且薄膜IPD工艺的制造精度较高，能够使功分器在获得更小尺寸的基础上还能拥有更好的电学性能以及更高的稳定性。

附图说明

图1是本申请实施例提供的超宽带功分器的结构示意图。

图2是本申请实施例提供的超宽带功分器的标注图。

图3是本申请实施例提供的超宽带功分器的插入损耗仿真曲线图。

图4是本申请实施例提供的超宽带功分器的带内驻波比仿真曲线图。

图5是本申请实施例提供的超宽带功分器的隔离度仿真曲线图。

附图标记：10、输入端；11、输入微带线；

21、第一输出端；22、第二输出端；20、输出微带线；

30、一级微带线；40、二级微带线；50、三级微带线；

61、第一隔离电阻；62、第二隔离电阻；63、第三隔离电阻；

70、介质板；80、接地焊盘。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。

本申请实施例中以同一附图标记表示同一组成部分或同一零部件，对于本申请实施例中相同的零部件，图中可能仅以其中一个零件或部件为例标注了附图标记，应理解的是，对于其他相同的零件或部件，附图标记同样适用。

本申请实施例提供一种超宽带功分器，解决了现有的功分器在实现超宽带性能时体积会增加，不利于微波系统小型化的问题。

图1示出了本发明较佳实施例提供的超宽带功分器的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

参考图1，本申请实施例提供的超宽带功分器包括输入端10；第一输出端21；第二输出端22；两根相同的折叠线型耦合微带线，折叠线型耦合微带线包括依次耦合连接的输入微带线11、一级微带线30、二级微带线40、三级微带线50和输出微带线20；两个输入微带线11并联，且输入微带线11与输入端10耦合连接；两个输出微带线20的其中一个输出微带线20与第一输出端21耦合连接，另一个输出微带线20与第二输出端22耦合连接。

根据本申请实施例提供的超宽带功分器，在输入端10和两个输出端之间设置两根具有多级微带线的折叠线型耦合微带线，可以增加功分器的节数，进而使功分器形成为多节级联的功分器，有效提升功分器的带宽，本实施例用微带线来代替传统的传输线，可以减小功分器的尺寸，因此本申请实施例的超宽带功分器不仅可以实现超宽带的性能，还能够减小尺寸，有利于微波系统的小型化。

在其中一个实施例中，可选的，本申请实施例的超宽带功分器采用薄膜IPD工艺制造而成。薄膜IPD工艺即集成无源器件技术工艺，通过集成无源器件技术可将分立无源器件集成到衬底中，并提高系统集成度。基于薄膜IPD技术具有高精度，高集成度的特点，可以有效的缩小器件尺寸，使用薄膜IPD工艺能够使功分器在获得更小尺寸的基础上，拥有更好的电学性能以及更高的稳定性。

在其中一个实施例中，参考图1，超宽带功分器还包括介质板70，输入端10、第一输出端21、第二输出端22和两根相同的折叠线型耦合微带线均设置在介质板70上。薄膜IPD工艺中通常会用到介质板70，通过将输入端10、第一输出端21、第二输出端22和两根相同的折叠线型耦合微带线均设置在介质板70上来缩小器件的尺寸，而传统的PCB工艺制作功分器是将传输线设置在印刷电路板上，会占用很大的芯片面积，增加了成本并导致了额外的功耗能力。具体的，介质板70的衬底材料为砷化镓材料。砷化镓是一种常用的薄膜IPD工艺衬底材料，属于宽禁带半导体，相比锗、硅等传统半导体材料电子迁移率更高，有着更好的高频特性，因此砷化镓衬底IPD工艺相比其他类型IPD工艺寄生电容电感更小，且更适合高频应用。

可选的，介质板70为长方体板，介质板70的长度为1.1毫米，介质板70的宽度为1.05毫米，介质板70的厚度为1毫米。由于本实施例采用了薄膜IPD工艺制作功分器，因此在介质板70的尺寸为长度为1.1毫米，宽度为1.05毫米，厚度为1毫米的情况下，功分器版图面积就可以控制在1.1*1.05平方毫米以内，尺寸远小于传统威尔金森功分器，也极大的缩小了功分器的体积，可与其他电路模块一起集成到集成电路芯片中，有助于实现微波系统的小型化。

在其中一个实施例中，参考图1，两根折叠线型耦合微带线关于输入端10的中轴线对称，且两根折叠线型耦合微带线均沿中轴线方向延伸。采用两根对称的折叠线型耦合微带线，结构简单，且极大的缩小了功分器的体积，同时也降低了功分器微带线间的耦合影响。

在其中一个实施例中，参考图2，输入微带线11由连接在一起的两段传输线组成，且第一段传输线R1与输入端10耦合连接，第一段传输线R1的长度为100微米，第一段传输线R1的宽度为63.5微米，第二段传输线R2的长度为110微米，第二段传输线R2的宽度为57.5微米；一级微带线30由依次连接的四段传输线组成，第一段传输线L1的长度为450微米，第二段传输线L2的长度为170微米，第三段传输线L3的长度为350微米，第四段传输线L4的长度为50微米，一级微带线30的宽度为14微米；二级微带线40由依次连接的四段传输线组成，第一段传输线S1的长度为50微米，第二段传输线S2的长度为350微米，第三段传输线S3的长度为300微米，第四段传输线S4的长度为200微米，二级微带线40的宽度为26微米；三级微带线50为直线形，三级微带线50的长度为350微米，三级微带线50的宽度为27微米；输出微带线20为直线形，输出微带线20的长度为150微米，输出微带线20的宽度为16微米。

在其中一个实施例中，参考图2，超宽带功分器还包括：第一隔离电阻61，第一隔离电阻61设置在第一根折叠线型耦合微带线的一级微带线30和二级微带线40的连接处与第二根折叠线型耦合微带线的一级微带线30和二级微带线40的连接处之间；第二隔离电阻62，第二隔离电阻62设置在第一根折叠线型耦合微带线的二级微带线40和三级微带线50的连接处与第二根折叠线型耦合微带线的二级微带线40和三级微带线50的连接处之间；第三隔离电阻63，第三隔离电阻63设置在第一根折叠线型耦合微带线的三级微带线50和输出微带线20的连接处与第二根折叠线型耦合微带线的三级微带线50和输出微带线20的连接处之间。

以上设置中，第一隔离电阻61、第二隔离电阻62以及第三隔离电阻63用于平衡第一输出端21和第二输出端22，还可以对第一输出端21和第二输出端22输出的射频信号进行隔离，同时，当其中一个输出端出现开路或者短路时，反射回的功率会被隔离电阻吸收，以实现对功分器的保护。

在其中一个实施例中，可选的，第一隔离电阻61、第二隔离电阻62以及第三隔离电阻63均为薄膜电阻，且薄膜电阻的材料为氮化钽材料。薄膜电阻既能起到隔离电阻要实现的作用，又因为薄膜的形状可以缩小体积，进而有效的减小功分器的体积。

示例性的，第一隔离电阻61的长度为80微米，第一隔离电阻61的宽度为27微米；第二隔离电阻62的长度为250微米，第二隔离电阻62的宽度为58微米；第三隔离电阻63的长度为230微米，第三隔离电阻63的宽度为50微米。由于隔离电阻采用薄膜电阻，因此通过设置隔离电阻的长度和宽度就可以设置隔离电阻的阻值。

在其中一个实施例中，可选的，超宽带功分器的工作频率段为10～43.5GHz。有效的提升了功分器的带宽。

在其中一个实施例中，参考图1，超宽带功分器还包括接地焊盘80，介质板70上对应于输入端10的位置设有与输入端10焊接连接的一对接地焊盘80；介质板70上对应于第一输出端21的位置设有与第一输出端21焊接连接的一对接地焊盘80；介质板70上对应于第二输出端22的位置设有与第二输出端22焊接连接的一对接地焊盘80。设置接地焊盘80是为了方便测试需要和起接地作用，且与输入端10焊接连接的一对接地焊盘80对称设置在输入端10两侧，与第一输出端21焊接连接的一对接地焊盘80对称设置在第一输出端21两侧，与第二输出端22焊接连接的一对接地焊盘80对称设置在第二输出端22两侧，这样功分器可以通过探针台进行对称测试，因为需要探针台测试的时候探针的间距是固定150微米的，将接地焊盘80对称设置可以方便测试装配需要。

可选的，输入端10、第一输出端21、第二输出端22和接地焊盘80的尺寸均为100×100平方微米。为了使接地更加方便，还可以在接地焊盘80上连接接地端，接地端的尺寸可以为84×84平方微米，这里的输入端10、第一输出端21、第二输出端22、接地焊盘80以及接地端的尺寸是根据制造工艺和实际需求得到的，并不限于上述的尺寸，而且这里的尺寸大小不会影响功分器的性能。

示例性的，利用ADS射频仿真软件对本实施例的超宽带功分器进行版图仿真验证，仿真方式为ADS射频软件中的momentum电磁仿真，仿真结果如图3-5所示。

参考图3所示的本申请实施例的插入损耗仿真曲线图，可知本申请实施例的超宽带功分器的插入损耗低于4.8dB。

参考图4所示的本申请实施例的带内驻波比仿真曲线图，可知本申请实施例的超宽带功分器的带内驻波比均优于1.6。

参考图5所示的本申请实施例的隔离度仿真曲线图，可知本申请实施例的超宽带功分器的隔离度大于15dB。

由此，从上述仿真图中的仿真结果可以看出，本申请实施例的超宽带功分器的工作频率段为10～43.5GHz，可以覆盖更宽的频段，本申请实施例的超宽带功分器工作频带宽，插入损耗低、带内驻波比优、隔离度高，具有良好的功率分配性能。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。