CN115173017B - 一种采用折叠耦合线结构的微型90°功分器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了功分器领域的一种采用折叠耦合线结构的微型90°功分器，包括由多层介质板构成的介质基体，介质基体的侧面上分别设有输入端口、输出端口及接地端口；介质基体的内部布置有隔离结构以及两组折叠耦合线结构；折叠耦合线结构包括分布在不同介质板表面的输入段与输出段，输入段的一端连接输入端口，另一端与输出段的一端连接，输出段的另一端连接输出端口；隔离结构包括分别上接地板、下接地板以及金属隔离板，上接地板与下接地板分别连接介质基体的接地端口。本发明的耦合线可进行水平方向与垂直方向的折叠，能够在有限空间内降低工作频率，隔离结构能够降低输入输出信号在端口的反射，达到降低通带损耗、扩展工作带宽的目的。
Description
技术领域
本发明涉及功分器领域，具体是一种采用折叠耦合线结构的微型90°功分器。
背景技术
一方面，无线通信***是我们日常生活与国防事业上使用非常多的一类电子***，其结构体系中经常会使用到两路幅度相等、相位相差90°的信号，以服务于IQ调制或镜像频率抑制等能够提升电子***性能的目的。要生成这两路信号，一个重要方法就是使用90°功分器。此功分器得到一个输入信号之后，可通过内部特定的金属结构连接关系，产生两路幅度相近、相位相差90°的信号。
目前在90°功分器的研制上存在一个问题，即低工作频率的目标与小外形尺寸的目标难以同时实现。但此类需求对于特定电子***来说又实际存在，所以需要对微型低频90°功分器展开研究。
另一方面，LTCC(低温共烧陶瓷，Low Temperature Co-fired Ceramic的缩写)技术是一种能够灵活集成各类金属结构的技术，具有电磁信号损耗小、可靠性好、适应性好、实现成本低等特点，能够将无源器件和有源器件有效的结合在一起，非常适合微型射频元件的制造。然而同样因为微型的原因，其内部存在着复杂的耦合关系，需要研究控制此类复杂耦合关系的方法，以更好发挥产品性能。
本申请针对上述技术问题，提出了一种结合LTCC技术的90°功分器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用折叠耦合线结构的微型90°功分器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种采用折叠耦合线结构的微型90°功分器，包括由多层介质板构成的介质基体，介质基体的侧面上分别设有输入端口、输出端口及接地端口；所述介质基体的内部布置有隔离结构以及两组折叠耦合线结构，两组折叠耦合线结构上下错位；所述折叠耦合线结构包括分布在不同介质板表面的输入段与输出段，输入段的一端连接输入端口，另一端与输出段的一端连接，输出段的另一端连接输出端口；所述隔离结构包括上接地板、下接地板以及设置在输入段、输出段周边的金属隔离板，上接地板与下接地板分别连接介质基体的接地端口，每个金属隔离板与上接地板、下接地板之间通过至少一个垂直通孔五垂直连接。
在一些实施例中，其中输入段包括第一蜿蜒线，输出段包括分布在不同介质板上的第三蜿蜒线及第二连接线，第一蜿蜒线的第一端连接输入端口，第二端通过贯穿介质板的垂直通孔一连接第二连接线的第一端，第二连接线的第二端通过垂直通孔二连接第三蜿蜒线的第一端，第三蜿蜒线的第二端连接输出端口。
在一些实施例中，所述折叠耦合线结构还包括至少一组调节段，多个调节段级联连接在所述输入段与输出段之间。
在一些实施例中，每组调节段均包括第二蜿蜒线与第一连接线，第二蜿蜒线的第一端通过垂直通孔三连接第一连接线的第一端，第一连接线的第二端通过垂直通孔四连接第一蜿蜒线的第二端或相邻的调节段，第二蜿蜒线的第二端连接垂直通孔一或相邻的调节段。
在一些实施例中，所述金属隔离板沿着第一蜿蜒线、第二蜿蜒线、第三蜿蜒线的边缘分布。
在一些实施例中，第二组折叠耦合线结构相对于第一组折叠耦合线以整个功分器的外轮廓中心为旋转点旋转°布设构成中心对称结构。
在一些实施例中，第二组折叠耦合线结构与第一组折叠耦合线结构上下错开奇数数量的介质板。
在一些实施例中，所述上接地板与下接地板覆盖第一组折叠耦合线结构与第二组折叠耦合线结构。
在一些实施例中，所述介质基体的两侧面上分别设有两组输入端口、输出端口及接地端口，且两组端口分别与两组折叠耦合线结构连接。
有益效果：本发明包括两组折叠耦合线结构与一个隔离结构，耦合线可进行水平方向与垂直方向的折叠，能够在有限空间内降低工作频率，隔离结构能够降低输入输出信号在端口的反射，达到降低通带损耗、扩展工作带宽的目的。
附图说明
图1是本发明的内部结构示意图。
图2是本发明的端口示意图。
图3是本发明的折叠耦合线结构总体示意图。
图4是本发明的折叠耦合线结构的输入段示意图。
图5是本发明的折叠耦合线结构的输出段示意图。
图6是本发明的折叠耦合线结构的调节段示意图。
图7是本发明的隔离结构的总体示意图。
图8a是本发明的调节段的一层金属图形与隔离结构在同层介质板上金属结构与垂直通孔五布局的汇总图。
图8b是本发明通过黑颜色部分表示第二蜿蜒线与第一连接线的图形。
图8c是本发明通过黑颜色部分表示隔离结构在同层介质板上的金属图形。
图8d是本发明通过黑颜色部分表示隔离结构的垂直通孔五在同层介质板上的布局。
图9是本发明具有隔离结构与没有隔离结构时的端口反射性能对比图。
图中：1-介质基体；201-第一输入端口；202-第二输入端口；301-第一输出端口；302-第二输出端口；401-第一接地端口；402-第二接地端口；5-输入段；501-第一蜿蜒线；6-输出段；601-第三蜿蜒线；602-第二连接线；7-调节段；701-第二蜿蜒线；702-第一连接线；8-隔离结构；801-上接地板；802-下接地板；803-金属隔离板；901-垂直通孔一；902-垂直通孔二；903-垂直通孔三；904-垂直通孔四；905-垂直通孔五。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种采用折叠耦合线结构的微型90°功分器，包括由多层介质板构成的介质基体1，介质基体1的内部布置有隔离结构以及两组折叠耦合线结构。
实施例1，如图2所示，介质基体1的两侧分别布设有两组输入端口、输出端口及接地端口的电极，两组端口分别与两组折叠耦合线结构连接。为了便于称呼，其中一组端口称为第一输入端口201、第一输出端口301与第一接地端口401，另一组端口称为第二输入端口202、第二输出端口302与第二接地端口402。
以第一组折叠耦合线结构为例，该组折叠耦合线结构包括分布在不同介质板表面的输入段5与输出段6。如图4-5所示，输入段5设在下方，包括第一蜿蜒线501；输出段6设在上方，包括分布在不同介质板上的第三蜿蜒线601及第二连接线602。其中第一蜿蜒线501的第一端连接第一输入端口201，第二端连接垂直通孔一901的下表面，垂直通孔一901贯穿介质板，其上表面与第二连接线602的第一端连接，第二连接线602为平面短连接线，其第二端与垂直通孔二902的下表面连接，垂直通孔二902的上表面连接第三蜿蜒线601的第一端，第三蜿蜒线601的第二端连接第一输出端口301。
在本实施例中，输入段5与输出段6直接连接，第一蜿蜒线501、第三蜿蜒线601均为矩形弯折结构，且平面形状布局大体类似，根据连接到端口的方式金属图形的设置存在些许差别。第一蜿蜒线501、第三蜿蜒线601的矩形弯折结构用于尽可能地拉长线条长度，以降低工作频率，从而在水平平面的有限空间内获得尽可能低的工作频率。
如图7所示，隔离结构8包括分别布设在顶层介质板上的上接地板801与底层介质板上的下接地板802以及设置在输入段5、输出段6周边的金属隔离板804，上接地板801与下接地板802分别连接介质基体1的第一接地端口401与第二接地端口402。
如图8a、8b所示，金属隔离板804沿着第一蜿蜒线501、第三蜿蜒线601边缘分布。如图8c所示，单层介质板上金属隔离板804独立设有多个。并且上接地板801与下接地板802覆盖第一组折叠耦合线结构与第二组折叠耦合线结构，以提高隔离效果。
因此，隔离结构尽量地采用金属隔离板804填充第一蜿蜒线501、第三蜿蜒线601与介质板之间的缝隙，并且与蜿蜒线同层的金属隔离板804在工艺允许的范围内尽可能靠近蜿蜒线，以保证隔离效果。第一蜿蜒线501、第三蜿蜒线601的弯折形状一方面用于拉长线条长度，另一方面用于适应金属隔离板804的布局。为了制造上的简便，隔离结构采用如图7所示的布局，其特点是多层图形相同，能简化制造工作。在隔离结构定下来的情况下，蜿蜒线能够布局的线路基本按照图3所示近似呈“工”型。
在其他的实施例中，金属隔离板804的布局结构存在变化的情况下，蜿蜒线的结构也会随之变化，并不局限。
如图8d所示，每个金属隔离板804与上接地板801、下接地板802之间通过至少一个垂直通孔五905垂直连接。这样保证每个金属隔离板804能够连接到地，由于金属隔离板804同时与上接地板801、下接地板802连接，因此接地牢靠，保证了隔离效果稳定良好。
本实施例中，每个蜿蜒线的周边均设置金属隔离板804，使得折叠耦合线在水平方向上的耦合减弱，垂直方向上的耦合加强，降低端口反射。图9显示了在有隔离结构与无隔离结构时功分器的端口反射性能，表明隔离结构解决了仅单耦合线时存在的带内反射过大的问题，降低通带损耗、扩展产品的工作带宽。
实施例2，在实施例1的基础上，折叠耦合线结构还包括至少一组调节段7，多个调节段7级联连接在输入段5与输出段6之间。
如图3所示，调节段7的数量以5组为例，为了便于制造，每组调节段7的结构相同。如图6所示，每组调节段7均包括布设在不同介质板上的第二蜿蜒线701与第一连接线702，第二蜿蜒线701的第一端连接垂直通孔三903的上表面，垂直通孔三903的下表面连接第一连接线702的第一端，第一连接线702的第二端连接垂直通孔四904的上表面。中间的三个调节段7中的垂直通孔四904的下表面分别连接下方调节段7中的第二蜿蜒线701的第二端，最下方调节段7中的垂直通孔四904的下表面连接第一蜿蜒线501的第二端，最上方调节段7中第二蜿蜒线的第二端连接垂直通孔901的下表面。
又例如，当调节段7的数量为一个时，第二蜿蜒线701的第一端通过垂直通孔三903连接第一连接线702的第一端，第一连接线702的第二端通过垂直通孔四904连接第一蜿蜒线501的第二端，第二蜿蜒线701的第二端连接垂直通孔一901。
因此，多个调节段7采用级联的方式在垂直方向上改变了折叠耦合线结构的长度，在不改变水平方向空间的情况下，拉长线条长度，进而改变工作频率，有效缩减了功分器的体积。调节段7的数量可以根据实际需求进行调整，以适应产品不同工作频率的需要。而通过多组调节段的级联，功分器在垂直方向上也进行了折叠，从而将水平折叠与垂直折叠结合起来，在有限空间内实现尽可能低的工作频率。
需要说明的是，当输入段5、输出段6之间存在调节段7时，隔离结构中的金属隔离板804同样设置在第二蜿蜒线701的周边，以起到隔离作用。
实施例3，在实施例1或实施例2的基础上，第二组折叠耦合线结构相对于第一组折叠耦合线结构以整个功分器的外轮廓中心为旋转点旋转180°布设构成中心对称结构。
上述实施例通过两组折叠耦合线结构之间的多层耦合，增强了耦合系数，使得使用较厚瓷片(烧结之后的单层瓷片厚度70um)制造90°功分器成为可能，而无需使用较薄的瓷片(烧结之后的单层瓷片厚度50um以下)来增强耦合。较厚瓷片的使用，使得瓷片与金属图形更不容易变形，可降低制造难度、提升成品率。
此外，在一些优选的实施例中，第二组折叠耦合线结构与第一组折叠耦合线结构上下错开奇数数量的介质板，一般来说为1、3、5层，主要用于防止两组折叠耦合线结构中的蜿蜒线连接成一体，因此采用错开的方式使两组折叠耦合线结构独立不相连。第二组折叠耦合线结构中调节段通过上下移动特定的介质板层数，即可实现不同调节段的级联，而无需进行水平面内的移动，使得印刷网板的复用以及介质板的复用成为可能，简化了制造工艺。而由于两组折叠耦合线结构类似，因此均具有制造简单、可复用介质板的特点。
通过上述实施例的描述，本发明至少存在以下优点：
1、引入调节段，在水平方向与垂直方向均实现了耦合线的折叠，有效降低了工作频率，缩小了功分器体积；
2、第一蜿蜒线、第二蜿蜒线及第三蜿蜒线构成的金属图形相似，复用性强，极大地简化了制造流程，便于加工制作；
3、每根蜿蜒线的周边均设置金属隔离板，大幅度降低了水平方向上的耦合，增强了垂直方向上的耦合，降低了端口反射。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种采用折叠耦合线结构的微型90°功分器，包括由多层介质板构成的介质基体(1)，介质基体(1)的侧面上分别设有输入端口、输出端口及接地端口；其特征在于，所述介质基体(1)的内部布置有隔离结构以及两组折叠耦合线结构，两组折叠耦合线结构上下错位；所述折叠耦合线结构包括分布在不同介质板表面的输入段(5)与输出段(6)，输入段(5)的一端连接输入端口，另一端与输出段(6)的一端连接，输出段(6)的另一端连接输出端口；所述隔离结构(8)包括上接地板(801)、下接地板(802)以及设置在输入段(5)、输出段(6)周边的金属隔离板(803)，上接地板(801)与下接地板(802)分别连接介质基体(1)的接地端口，每个金属隔离板(803)与上接地板(801)、下接地板(802)之间通过至少一个垂直通孔五(905)垂直连接；
其中输入段(5)包括第一蜿蜒线(501)，输出段(6)包括分布在不同介质板上的第三蜿蜒线(601)及第二连接线(602)，第一蜿蜒线(501)的第一端连接输入端口，第二端通过贯穿介质板的垂直通孔一(901)连接第二连接线(602)的第一端，第二连接线(602)的第二端通过垂直通孔二(902)连接第三蜿蜒线(601)的第一端，第三蜿蜒线(601)的第二端连接输出端口；
所述折叠耦合线结构还包括至少一组调节段(7)，多个调节段(7)级联连接在所述输入段(5)与输出段(6)之间；
每组调节段(7)均包括第二蜿蜒线(701)与第一连接线(702)，第二蜿蜒线(701)的第一端通过垂直通孔三(903)连接第一连接线(702)的第一端，第一连接线(702)的第二端通过垂直通孔四(904)连接第一蜿蜒线(501)的第二端或相邻的调节段(7)，第二蜿蜒线(701)的第二端连接垂直通孔一(901)或相邻的调节段(7)。
2.根据权利要求1所述的一种采用折叠耦合线结构的微型90°功分器，其特征在于，所述金属隔离板(803)沿着第一蜿蜒线(501)、第二蜿蜒线(701)、第三蜿蜒线(601)的边缘分布。
3.根据权利要求1所述的一种采用折叠耦合线结构的微型90°功分器，其特征在于，第二组折叠耦合线结构相对于第一组折叠耦合线以整个功分器的外轮廓中心为旋转点旋转180°布设构成中心对称结构。
4.根据权利要求1或3所述的一种采用折叠耦合线结构的微型90°功分器，其特征在于，第二组折叠耦合线结构与第一组折叠耦合线结构上下错开奇数数量的介质板。
5.根据权利要求1所述的一种采用折叠耦合线结构的微型90°功分器，其特征在于，所述上接地板(801)与下接地板(802)覆盖第一组折叠耦合线结构与第二组折叠耦合线结构。
6.根据权利要求1所述的一种采用折叠耦合线结构的微型90°功分器，其特征在于，所述介质基体(1)的两侧面上分别设有两组输入端口、输出端口及接地端口，且两组端口分别与两组折叠耦合线结构连接。
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