CN107591601A - 一种ltcc三维集成结构五功分器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LTCC三维集成结构五功分器，集总参数元件组成的电抗网络构成了所述五功分器，采用特定的联合结构和三维立体集成，运用多层低温共烧陶瓷工艺技术实现，大大减小了器件的体积。本发明能使输入信号功率五等分到五个输出端口，具有插损小、隔离度高、输出端口的相位差小、体积小、质量轻、可靠性高、电性能好、温度稳定性好、电性能批量一致性好、成本低、可大批量生产等一系列优点，可作为单独部件使用，适用于相应微波频段的通信、数字雷达、无线通信手持终端等对体积、电性能、温度稳定性和可靠性有苛刻要求的场合和相应的***中。

Description

一种LTCC三维集成结构五功分器

技术领域

本发明属于微波技术领域，涉及一种LTCC三维集成结构五功分器，广泛应用于移动通信、北斗导航***等卫星通信，对电性能、材料一致性、热机械性、温度稳定性、工艺性及抗干扰性等高要求的***与设备。

背景技术

功分器在微波电路中有着广泛的应用，被应用在功率放大器、相控阵天线、混频器和多路中继通信机等微波设备中。它性能的好坏直接影响到整个***能量的分配和合成效率。随着宽带天线、宽带滤波器等器件的不断发展，对宽带功分器的需求也越来越大。功率分配器作为最基本的微波无源器件，它将一个输入信号分配成多个较小的信号，相反它也可将多个信号进行功率合成。当输出端口较多时，难以保证输出个端口幅度和相位的一致性。幅度和相位的一致性对***的影响较大，例如在相控阵天线***中。

微波射频模块的微型化、高频化以及高度集成化正是现代通信技术的发展趋势,低温共烧陶瓷(LTCC)技术可以制备高品质因数、高稳定性以及尺寸紧凑的无源器件,正是由于这些优势使其逐渐占据当前无源集成技术的主导地位。基于LTCC工艺的叠层技术，可以实现三维集成，从而使各种微型微波滤波器具有尺寸小、重量轻、性能优、可靠性高、批量生产性能一致性好及低成本等诸多优点。

为了适应小型化及多信道通信***的需要，设计一种三维集成结构的多路功分器至关重要，同时运用低温共烧陶瓷三维多层技术进行封装烧结可以实现五功分器的微型化。

发明内容

本发明的目的在于实现一种体积小、重量轻、可靠性高、电性能优异、结构简单、成品率高、批量一致性好、造价低、温度性能稳定的三维集成结构的微波五功分器。

实现本发明的技术方案是：功分器的一端贴有输入端口P0、后侧表面贴装有50欧姆阻抗第一输出端口P1，表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口P2、功分器的另一端贴有50欧姆阻抗第三输出端口P3，前侧表面贴装有50欧姆阻抗第四输出端口P4，表面贴装的50欧姆阻抗第五输出端口P5，还包括输入引线电感连接线、第一螺旋电感L1、第二螺旋电感L2、第三螺旋电感L3、第四螺旋电感L4、第五螺旋电感L5、接地板C0、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、公共接板C6、第一隔离电阻R1、第二隔离电阻R2、第三隔离电阻R3、第四隔离电阻R4、第五隔离电阻R5、连接柱H1、第一输出引线Lout1、第二输出引线Lout2、第三输出引线Lout3、第四输出引线Lout4、第五输出引线Lout5、接地层接地端、接地端口1、接地端口2、接地端口3、接地端口4。

输入端口P0与输入引线电感连接线一端连接，输入引线电感连接线另一端与连接柱H1上端相连。第一螺旋电感L1为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第二螺旋电感L2为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第三螺旋电感L3为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第四螺旋电感L4为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第五螺旋电感L5为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第一螺旋电感L1第五层、第二螺旋电感L2第五层、第三螺旋电感L3第五层、第四螺旋电感L4第五层、第五螺旋电感L5第五层分别与连接柱H1上端相连，接地电容C0上级板与连接柱H1下端相连，下极板为接地层接地端，第一螺旋电感L1第一层与第一输出引线Lout1相连，第二螺旋电感L2第一层与第二输出引线Lout2相连，第三螺旋电感L3第一层与第三输出引线Lout3连接，第四螺旋电感L4第一层与第四输出引线Lout4连接，第五螺旋电感L5第一层与第五输出引线Lout5连接，第一输出引线Lout1与表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口P1连接，第二输出引线Lout2与表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口P2连接，第三输出引线Lout3与表面贴装的50欧姆阻抗第三输出端口P3连接，第四输出引线Lout4与表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口P4连接，第五输出引线Lout5与表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口P5连接。第一电容C1下极板与表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口P1连接，第二电容C2下极板与表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口P2连接，第三电容C3下极板与表面贴装的50欧姆阻抗第三输出端口P3连接，第四电容C4下极板与表面贴装的50欧姆阻抗第四输出端口P4连接，第五电容C5下极板与表面贴装的50欧姆阻抗第五输出端口P5连接，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5上级板均为公共接板C6。第一隔离电阻R1位于封装表面，一端与表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口P1连接，另一端与公共接板C6相连，第二隔离电阻R2位于封装表面，一端与表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口P2连接，另一端与公共接板C6相连，第三隔离电阻R3位于封装表面，一端与表面贴装的50欧姆阻抗第三输出端口P3连接，另一端与公共接板C6相连，第四隔离电阻R4位于封装表面，一端与表面贴装的50欧姆阻抗第四输出端口P4连接，另一端与公共接板C6相连，第五隔离电阻R5位于封装表面，一端与表面贴装的50欧姆阻抗第五输出端口P5连接，另一端与公共接板C6相连，第一接地端口1、第二接地端口2、第三接地端口3、第四接地端口4均与接地层接地端相连。

表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口P1、表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口P2、表面贴装的50欧姆阻抗第三输出端口P3、表面贴装的50欧姆阻抗第四输出端口P4、表面贴装的50欧姆阻抗第五输出端口P5、输入引线电感连接线、第一螺旋电感L1、第二螺旋电感L2、第三螺旋电感L3、第四螺旋电感L4、第五螺旋电感L5、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、连接柱H1、公共接板C6、第一输出引线Lout1、第二输出引线Lout2、第三输出引线Lout3、第四输出引线Lout4、第五输出引线Lout5、接地层接地端、接地端口1、接地端口2、接地端口3、接地端口4均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。

所有电感均采用方形三维多层螺旋式结构,电容均采用金属-介质-金属形式的结构，公共接板C6印刷于五功分器封装表面，隔离电阻均采用SMT贴片电阻表贴于五功分器封装表面之上。

与现有技术相比，由于本发明采用低损耗低温共烧陶瓷材料和三维立体集成，附带巧妙的紧凑结构，所带来的显著优点是：（1）体积小、重量轻、可靠性高；（2）电路实现结构简单，可实现大批量生产；（3）成本低；（4）使用安装方便，单独作为部件使用，可以通过全自动贴片机安装和焊接。

附图说明

图1（a）是本发明一种LTCC三维集成结构五功分器的内部结构示意图，图1（b）和（c）是本发明一种LTCC三维集成结构五功分器的公共电容和电阻。

图2是本发明一种LTCC三维集成结构五功分器输出端口幅度平衡性曲线图。

图3是本发明一种LTCC三维集成结构五功分器输出端口相位一致性曲线图。

图4是本发明一种LTCC三维集成结构五功分器输入输出端口回波损耗曲线图。

图5是本发明一种LTCC三维集成结构五功分器端口之间隔离度曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1（a）、（b）、（c），一种LTCC三维集成结构五功分器，输入端口P0、表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口P1、表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口P2、表面贴装的50欧姆阻抗第三输出端口P3、表面贴装的50欧姆阻抗第四输出端口P4、表面贴装的50欧姆阻抗第五输出端口P5、输入引线电感连接线、第一螺旋电感L1、第二螺旋电感L2、第三螺旋电感L3、第四螺旋电感L4、第五螺旋电感L5、接地板C0、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、公共接板C6、第一隔离电阻R1、第二隔离电阻R2、第三隔离电阻R3、第四隔离电阻R4、第五隔离电阻R5、连接柱H1、第一输出引线Lout1、第二输出引线Lout2、第三输出引线Lout3、第四输出引线Lout4、第五输出引线Lout5、接地层接地端、接地端口1、接地端口2、接地端口3、接地端口4；

结合图1a、b、c，输入端口P0与输入引线电感连接线一端连接，输入引线电感连接线另一端与连接柱H1上端相连。第一螺旋电感L1为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第二螺旋电感L2为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第三螺旋电感L3为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第四螺旋电感L4为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第五螺旋电感L5为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第一螺旋电感L1第五层、第二螺旋电感L2第五层、第三螺旋电感L3第五层、第四螺旋电感L4第五层、第五螺旋电感L5第五层分别与连接柱H1上端相连，接地电容C0上级板与连接柱H1下端相连，下极板为接地层接地端，第一螺旋电感L1第一层与第一输出引线Lout1相连，第二螺旋电感L2第一层与第二输出引线Lout2相连，第三螺旋电感L3第一层与第三输出引线Lout3连接，第四螺旋电感L4第一层与第四输出引线Lout4连接，第五螺旋电感L5第一层与第五输出引线Lout5连接，第一输出引线Lout1与表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口P1连接，第二输出引线Lout2与表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口P2连接，第三输出引线Lout3与表面贴装的50欧姆阻抗第三输出端口P3连接，第四输出引线Lout4与表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口P4连接，第五输出引线Lout5与表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口P5连接。第一电容C1下极板与表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口P1连接，第二电容C2下极板与表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口P2连接，第三电容C3下极板与表面贴装的50欧姆阻抗第三输出端口P3连接，第四电容C4下极板与表面贴装的50欧姆阻抗第四输出端口P4连接，第五电容C5下极板与表面贴装的50欧姆阻抗第五输出端口P5连接，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5上级板均为公共接板C6。第一隔离电阻R1位于封装表面，一端与表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口P1连接，另一端与公共接板C6相连，第二隔离电阻R2位于封装表面，一端与表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口P2连接，另一端与公共接板C6相连，第三隔离电阻R3位于封装表面，一端与表面贴装的50欧姆阻抗第三输出端口P3连接，另一端与公共接板C6相连，第四隔离电阻R4位于封装表面，一端与表面贴装的50欧姆阻抗第四输出端口P4连接，另一端与公共接板C6相连，第五隔离电阻R5位于封装表面，一端与表面贴装的50欧姆阻抗第五输出端口P5连接，另一端与公共接板C6相连，第一接地端口1、第二接地端口2、第三接地端口3、第四接地端口4均与接地层接地端相连。

结合图1a、b、c，表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口P1、表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口P2、表面贴装的50欧姆阻抗第三输出端口P3、表面贴装的50欧姆阻抗第四输出端口P4、表面贴装的50欧姆阻抗第五输出端口P5、输入引线电感连接线、第一螺旋电感L1、第二螺旋电感L2、第三螺旋电感L3、第四螺旋电感L4、第五螺旋电感L5、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、连接柱H1、公共接板C6、第一输出引线Lout1、第二输出引线Lout2、第三输出引线Lout3、第四输出引线Lout4、第五输出引线Lout5、接地层接地端、接地端口1、接地端口2、接地端口3、接地端口4均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。

一种LTCC三维集成结构五功分器，由于是采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其低温共烧陶瓷材料和金属图形在大约900℃温度下烧结而成，所以具有非常高的可靠性和温度稳定性。因为结构采用三维立体集成和多层折叠结构以及外表面金属屏蔽实现接地和封装，所以成本能降到最低。

本发明是一种基于LTCC技术外置隔离电阻功分器的尺寸仅为5mm×3.5mm×0.91mm，其性能可从图2、图3、图4看出，带宽1.9GHz~2.1GHz，输入输出端口回波损耗均优于20dB， 2,、3、4、5、6 五个输出端口的相位差小于2度，幅度差小于0.1dB，端口间的隔离度均大于27dB。

Claims (5)

1.一种LTCC三维集成结构五功分器，其特征在于：功分器的一端贴有输入端口（P0）、后侧表面贴装有50欧姆阻抗第一输出端口（P1）和表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口（P2），功分器的另一端贴有50欧姆阻抗第三输出端口（P3），前侧表面贴装有50欧姆阻抗第四输出端口（P4）和表面贴装的50欧姆阻抗第五输出端口（P5），还包括输入引线（电感连接线）、第一螺旋电感（L1）、第二螺旋电感（L2）、第三螺旋电感（L3）、第四螺旋电感（L4）、第五螺旋电感（L5）、接地板（C0）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第三电容（C3）、第四电容（C4）、第五电容（C5）、公共接板（C6）、第一隔离电阻（R1）、第二隔离电阻（R2）、第三隔离电阻（R3）、第四隔离电阻（R4）、第五隔离电阻（R5）、连接柱（H1）、第一输出引线（Lout1）、第二输出引线（Lout2）、第三输出引线（Lout3）、第四输出引线（Lout4）、第五输出引线（Lout5）、接地层（接地端）、接地端口（1）、接地端口（2）、接地端口（3）、接地端口（4）；

输入端口（P0）与输入引线（电感连接线）一端连接，输入引线（电感连接线）另一端与连接柱（H1）上端相连；第一螺旋电感（L1）为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第二螺旋电感（L2）为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第三螺旋电感（L3）为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第四螺旋电感（L4）为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第五螺旋电感（L5）为五层，从上往下依次为第一、二、三、四、五层，第一螺旋电感（L1）第五层、第二螺旋电感（L2）第五层、第三螺旋电感（L3）第五层、第四螺旋电感（L4）第五层、第五螺旋电感（L5）第五层分别与连接柱（H1）上端相连，接地电容（C0）上级板与连接柱（H1）下端相连，下极板为接地层（接地端），第一螺旋电感（L1）第一层与第一输出引线（Lout1）相连，第二螺旋电感（L2）第一层与第二输出引线（Lout2）相连，第三螺旋电感（L3）第一层与第三输出引线（Lout3）连接，第四螺旋电感（L4）第一层与第四输出引线（Lout4）连接，第五螺旋电感（L5）第一层与第五输出引线（Lout5）连接，第一输出引线（Lout1）与表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口（P1）连接，第二输出引线（Lout2）与表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口（P2）连接，第三输出引线（Lout3）与表面贴装的50欧姆阻抗第三输出端口（P3）连接，第四输出引线（Lout4）与表面贴装的50欧姆阻抗第四输出端口（P4）连接，第五输出引线（Lout5）与表面贴装的50欧姆阻抗第五输出端口（P5）连接；第一电容（C1）下极板与表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口（P1）连接，第二电容（C2）下极板与表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口（P2）连接，第三电容（C3）下极板与表面贴装的50欧姆阻抗第三输出端口（P3）连接，第四电容（C4）下极板与表面贴装的50欧姆阻抗第四输出端口（P4）连接，第五电容（C5）下极板与表面贴装的50欧姆阻抗第五输出端口（P5）连接，第一电容（C1）、第二电容（C2）、第三电容（C3）、第四电容（C4）、第五电容（C5）上级板均为公共接板（C6）；第一隔离电阻（R1）位于封装表面，一端与表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口（P1）连接，另一端与公共接板（C6）相连，第二隔离电阻（R2）位于封装表面，一端与表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口（P2）连接，另一端与公共接板（C6）相连，第三隔离电阻（R3）位于封装表面，一端与表面贴装的50欧姆阻抗第三输出端口（P3）连接，另一端与公共接板（C6）相连，第四隔离电阻（R4）位于封装表面，一端与表面贴装的50欧姆阻抗第四输出端口（P4）连接，另一端与公共接板（C6）相连，第五隔离电阻（R5）位于封装表面，一端与表面贴装的50欧姆阻抗第五输出端口（P5）连接，另一端与公共接板（C6）相连，第一接地端口（1）、第二接地端口（2）、第三接地端口（3）、第四接地端口（4）均与接地层（接地端）相连。

2.根据权利要求1所述的LTCC三维集成结构五功分器，其特征在于：输入端口（P0）、表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口（P1）、表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口（P2）、表面贴装的50欧姆阻抗第三输出端口（P3）、表面贴装的50欧姆阻抗第四输出端口（P4）、表面贴装的50欧姆阻抗第五输出端口（P5）、输入引线（电感连接线）、第一螺旋电感（L1）、第二螺旋电感（L2）、第三螺旋电感（L3）、第四螺旋电感（L4）、第五螺旋电感（L5）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第三电容（C3）、第四电容（C4）、第五电容（C5）、连接柱（H1）、公共接板（C6）、第一输出引线（Lout1）、第二输出引线（Lout2）、第三输出引线（Lout3）、第四输出引线（Lout4）、第五输出引线（Lout5）、接地层（接地端）、接地端口（1）、接地端口（2）、接地端口（3）、接地端口（4）均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。

3.根据权利要求1所述的LTCC三维集成结构五功分器，其特征在于：所述的电感均采用方形三维多层螺旋式结构,电容均采用金属-介质-金属形式的结构。

4.根据权利要求1所述的LTCC三维集成结构五功分器，其特征在于：所述的公共接板（C6）印刷于五功分器封装表面。

5.根据权利要求1所述的LTCC三维集成结构五功分器，其特征在于：所述的隔离电阻均采用SMT贴片电阻，表贴于五功分器封装表面。