CN204391236U - 单片集成微波宽带功率分配器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种单片集成微波宽带功率分配器，包括多级威尔金森功率分配器，其由传输线和隔离电阻组成，在各级的隔离电阻两端连接有匹配电容，所述传输线、隔离电阻以及匹配电容集成在砷化镓基材上。采用单片集成技术在砷化镓基材上直接将所有元件-传输线、匹配电阻、匹配电容一次集成，器件的最终尺寸较性能相当的传统的微波宽带功率分配器的大大减小，面积仅为1/15左右，为***的小型化提供了有效的支持。
Description
技术领域
本实用新型涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种单片集成微波宽带功率分配器。
背景技术
微波功率分配器是一种多端口微波器件，将一路微波信号的功率等分或不等分为多路微波信号，广泛用于各种无线通信、雷达、微波测量等设备中，通常也简称为微波功分器。如图1所示的单级威尔金森功率分配器是最常见的微波功率分配器，采用微带结构在平面电路上可方便实现，适用于带宽要求不高的场合。
在许多微波***中，都会要求尽可能小的***损耗，以减小***的能量损失，并且要求各支路的幅度和相位的一致性，从而保证微波信号的高效分配及叠加，在多通道测向***中尤为重要；对于相控阵以及功率合成***而言，支路之间的高隔离度可以保证支路间的独立性，使得部分支路的故障不至于影响其他支路的正常工作；对于设备尺寸有严格限制的场合，微波功率分配器的小型化将有助于整个***的小型化；随着各种军民用微波通信设备的发展，对于频带的要求也越来越宽，所以微波功率分配器的宽带特性也日益重要。
随着应用需求的变化，许多智能化的设备对***的小型化提出更高的要求，作为微波***设备的重要部件的功率分配器的小型化、超宽带等要求也日益强烈。但是采用目前通用的微波功率分配器，如图1和图2所示，无论是用微波印制电路板加焊接隔离电阻、还是薄膜印制电路等，由于其工艺设备的限制，如采用陶瓷工艺，加工精度受限，做出的产品面积都是平方厘米量级的产品，无法在产品的小型化上更进一步。在采用GaAs基材进行宽带功率分配器的仿真设计中，我们发现：传统的功率分配器结构的带宽主要受制于频带的低端的隔离度这一指标，解决办法就是通过增加级数来实现，但是由于级数的增加，又带来了***损耗的增加，同时尺寸也会相应的加大。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种单片集成微波宽带功率分配器，利用更少的级数来实现相同的宽带特性，使得整体性能较传统的功率分配器进一步提高的同时，电路尺寸也相应减小。
本实用新型为实现上述目的，采用以下技术方案：一种单片集成微波宽带功率分配器，包括多级威尔金森功率分配器，其由传输线和隔离电阻组成，其特征在于：在各级的隔离电阻两端连接有匹配电容，所述传输线、隔离电阻以及匹配电容集成在砷化镓基材上。 根据微波网络的阻抗匹配理论，我们认为有可能通过增加匹配电路来解决这一问题。通过反复尝试，在隔离电阻两端增加匹配电容是简单可行的办法。而匹配电容的容值在较小，在pF量级，需要根据整体指标要求进行优化设计。由于工艺原因，通常的微波印制电路与薄膜电路中都没有制作电容的能力，而采用焊接电容的方式会由于容值难以选择以及寄生参数的影响而使得高频性能恶化，这也可能是本方案以前未曾得到应用的原因。而在以GaAs为基材的集成电路制作工艺中，电感电容等都是最基本的元件，可以方便准确的实现。
优选地，所述匹配电容采用金属介质电容。
本实用新型的有益效果是: 通过上述方案设计加工的功率分配器的实际测试结果表明：在1-20GHz内，插损小于1.5dB，1-2GHz隔离大于10dB，2-20GHz隔离大于15dB，整个器件最终尺寸仅为2.5㎜×2.5㎜×0.1㎜；选择砷化镓作为基材，利用砷化镓的高介电常数特性，εr达到12.8左右；厚度薄，可以减薄到0.1㎜，功率分配器中的 50欧姆传输线的线宽仅为0.07㎜，对于更高阻抗的中间各级Z1、Z2、Z3……Zn的线宽则更窄，从而能够方便的通过将传输线进行弯曲以获得更小的外形尺寸；采用单片集成技术在砷化镓基材上直接将所有元件-传输线、匹配电阻、匹配电容一次集成，器件的最终尺寸较性能相当的传统的微波宽带功率分配器的大大减小，面积仅为1/15左右，为***的小型化提供了有效的支持。
附图说明
图1是单级的威尔金森功率分配器；
图2是为实现宽带特性而采用的多级威尔金森功率分配器；
图3是本实用新型的结构示意图；
图4是cohn给出的多级威尔金森功率分配器的带宽与各级阻抗、隔离电阻等的插值表；
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本实用新型的具体实施方式，Cohn在1986年通过增加功率分配器的级数来解决威尔金森功分器的带宽问题目前仍然被广泛应用，同时给出了这种功分器的设计数据表，如图4。根据该表格，采用7级匹配的话，可以实现10倍频程的带宽。对于1-20GHz这样的超宽带特性，则需要继续增加级数，仿真的结果表明需要至少9级功分网络级联。
在本实例的宽带功率分配器中，通过在各级（Z0、Z1、Z2…Zn）的隔离电阻两端增加匹配电容，如图3所示。分别在隔离电阻R1两端增加匹配电容C1，在隔离电阻R2两端增加匹配电容C2，在隔离电阻R3两端增加匹配电容C3，……在隔离电阻Rn两端增加匹配电容Cn，并且通过在计算机中采用仿真软件进行优化获取最佳电容值，这样就能够有选择性的抑制低频信号通过，从而提高频带低端（1-2GHz）的隔离，使得我们能够仅用6级功率分配网络进行级联就能够实现1-20GHz的超宽带特性。通过上述方案设计加工的功率分配器的实际测试结果表明：在1-20GHz内，插损小于1.5dB，1-2GHz隔离大于10dB，2-20GHz隔离大于15dB，整个器件最终尺寸仅为2.5㎜×2.5㎜×0.1㎜。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (2)
1.一种单片集成微波宽带功率分配器，包括多级威尔金森功率分配器，其由传输线和隔离电阻组成，其特征在于：在各级的隔离电阻两端连接有匹配电容，所述传输线、隔离电阻以及匹配电容集成在砷化镓基材上。
2.根据权利要求1所述的单片集成微波宽带功率分配器，其特征在于：所述匹配电容采用金属介质电容。
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