一种基于贴片加载技术的小型化宽带支线耦合器的制作方法

本发明属于射频无源器件设计领域，具体涉及一种基于贴片加载技术的小型化宽带支线耦合器。

背景技术：

支线耦合器在微波集成电路中有广泛的应用，尤其是功率等分的3db耦合器，不仅制作容易，而且它的输出端口位于同一侧，结构上易于同半导体器件结合，构成如功率增益控制器、平衡混频器、平衡放大器、移相器和开关等集成电路。

然而，该耦合器的支线长度有四分之一波长的要求，导致其工作带宽只有10％～20％。拓展分支线耦合器带宽主要有以下两种方式：采用多节级联，分支线耦合器的带宽可以增大十几倍或更大，然而在工程应用中，一般宽带支节耦合器最多采用三支节；将四分之一波长开路耦合线引入耦合器的馈线端以实现宽带特性，目前只针对双支节耦合器进行相关优化设计，而且尺寸较大，设计不够灵活。另外，耦合器的支线和主线t型交接处存在不连续的电纳，导致耦合器的中心频率发生偏移，匹配性能变差，影响了支线耦合器的参数和性能。因此，设计支线耦合器时，t型接头也是需要考虑的关键因素。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于贴片加载技术的小型化宽带支线耦合器，克服或减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种基于贴片加载技术的小型化宽带支线耦合器，包括双层金属介质板、以及多个位于双层金属介质板两侧的馈线，双层金属介质板背面为金属层以构成正面传输线的参考地；双层金属介质板正面金属层图案包括矩形微带馈线、支线耦合器主路传输线、长方形微带贴片、直角三角形微带贴片、支线耦合器支路传输线，支线耦合器主路传输线为相互平行设置的两条微带线，在每一支线耦合器主路传输线两端均延长设置有矩形微带馈线，两支线耦合器主路传输线之间至少垂直连接两条支线耦合器支路传输线，在每一条支线耦合器支路传输线的至少一侧上均对称设置有一对直角三角形微带贴片以起到渐变传输的效果，位于两相邻支线耦合器支路传输线之间的两支线耦合器主路传输线的相对一侧各设置一个长方形微带贴片。

优选地是，所述支线耦合器主路传输线宽于两端的所述矩形微带馈线。

优选地是，所述支线耦合器支路传输线为三条，包括两条第一支线耦合器支路传输线，以为位于两第一支线耦合器支路传输线之间的第二支线耦合器支路传输线，其中第二支线耦合器支路传输线的宽度大于第二支线耦合器支路传输线。

优选地是，所述直角三角形微带贴片包括第一直角三角形微带贴片和第二直角三角形微带贴片，第一直角三角形微带贴片一直角边等于第二直角三角形微带贴片一直角边，第一直角三角形微带贴片另一直角边长于第二直角三角形微带贴片另一直角边。

优选地是，所述第二支线耦合器支路传输线两侧均设置有所述第一直角三角形微带贴片，其中该第一直角三角形微带贴片的两直角边分别与所述支线耦合器主路传输线、所述第二支线耦合器支路传输线相连。

优选地是，两所述第一支线耦合器支路传输线靠近所述第二支线耦合器支路传输线的一侧设置有所述第二直角三角形微带贴片。

本发明所提供的一种基于贴片加载技术的小型化宽带支线耦合器的有益效果在于，1)相比于传统的三支节宽带耦合器，本发明通过在主传输支节贴片加载，减小了主传输支节的尺寸，尺寸缩减了12.5％；2)相比于传统的三支节宽带耦合器，本发明通过支节结点的梯形线贴片加载，优化了传输线结点的不连续性，有效拓展了带宽，带宽拓展了12.5％。同时本发明结构形式易于实现，对工艺无特殊要求，可适合于各种工程应用场合，比如功率增益控制器、平衡混频器、平衡放大器、移相器和开关等集成电路的设计应用场合，比如收发隔离使用场合。

附图说明

图1为本发明中微带传输线模型示意图；

图2为本发明中加载型微带传输线模型示意图；

图3为本发明中微带传输线s(2,1)相位曲线图；

图4为本发明中加载线长0.2mm时加载型微带传输线s(2,1)相位曲线图；

图5为本发明中加载线长0.6mm时加载型微带传输线s(2,1)相位曲线图；

图6为本发明中加载线长1mm时加载型微带传输线s(2,1)相位曲线图；

图7为本发明中双层金属介质板的正面示意图；

图8为本发明中双层金属介质板的反面示意图；

附图标记：

1-矩形微带馈线、2-支线耦合器主路传输线、3-长方形微带贴片、4-第一直角三角形微带贴片、5-第一支线耦合器支路传输线、6-第二直角三角形微带贴片、7-第二支线耦合器支路传输线。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

下面结合附图对本发明的基于贴片加载技术的小型化宽带支线耦合器做进一步详细说明。

本发明是在传统三支节耦合器设计理论基础上，采用主传输线的贴片加载技术达到缩减耦合器尺寸，拓展工作带宽的目的，以及采用枝节结点的贴片加载渐变线技术达到调节匹配增加带宽的目的。

主传输线的贴片加载技术方案说明：在三支节耦合器主传输线上加载终端开路贴片，该贴片的长度小于四分之一波长，则等效于并联电容到地，电容值够小时，相当于增加了阻抗虚部，拓展了传输线电长度。在主传输线电长度固定的前提下，加载该终端开路线可缩减主传输线长度。

下面对传输线加载终端开路贴片进行了仿真分析验证，微带板基材选用rogers4350，0.508mm厚。微带传输线线宽1.15mm，长度为4.3mm。传输线中间位置加载终端开路线，加载线线宽0.6mm，微带传输线及加载型微带传输线仿真模型如下图1、图2所示。仿真微带传输线s参数，s(2,1)相位曲线如图3所示，工作频率为10ghz时，两端口传输相位值为87.351°。终端开路线长0.2mm、0.6mm、1mm三种情况仿真结果如下图4至图6所示，工作频率为10ghz时，两端口传输相位值分别为88.153°、90.71°、93.573°。仿真结果表明，当传输线长度一致时，加载型传输线的电长度比未加载的传输线长。因此，该缩减传输线尺寸的技术方案可应用于支节耦合器的小型化设计。

枝节结点的贴片加载渐变线技术方案说明：枝节结点借用渐变线的结构形式，把t型接头直角通过加载贴片修正为锐角，这使结点的阻抗变换变长，可以降低支节耦合器主线和支线结点的不连续的电纳对耦合器性能的影响，增加支线耦合器工作带宽。

将上述两种技术方案应用到支线耦合器设计，提出本发明的基于贴片加载技术的小型化宽带支线耦合器，如图7和图8所示。

一种基于贴片加载技术的小型化宽带支线耦合器，包括双层金属介质板、以及多个位于双层金属介质板两侧的馈线。如图8所示，双层金属介质板背面为金属层以构成正面传输线的参考地。如图7所示，双层金属介质板正面金属层图案包括矩形微带馈线1、支线耦合器主路传输线2、长方形微带贴片3、直角三角形微带贴片、支线耦合器支路传输线。

双层金属介质板正面中的矩形微带馈线1与双层金属介质板背面共同组成500hm微带线。支线耦合器主路传输线2为相互平行设置的两条微带线，在每一支线耦合器主路传输线2两端均延长设置有矩形微带馈线1，并且该支线耦合器主路传输线2选择宽于两端的矩形微带馈线1。

两支线耦合器主路传输线2之间至少垂直连接两条支线耦合器支路传输线，本实施例中的支线耦合器支路传输线选择为三条，包括两条第一支线耦合器支路传输线5，以为位于两第一支线耦合器支路传输线5之间的第二支线耦合器支路传输线7，其中第二支线耦合器支路传输线7的宽度选择大于第二支线耦合器支路传输线7。

在每一条支线耦合器支路传输线的至少一侧上均对称设置有一对直角三角形微带贴片以起到渐变传输的效果，该直角三角形微带贴片包括第一直角三角形微带贴片4和第二直角三角形微带贴片6两种形式，其中，第一直角三角形微带贴片4一直角边等于第二直角三角形微带贴片6一直角边，第一直角三角形微带贴片4另一直角边长于第二直角三角形微带贴片6另一直角边。第二支线耦合器支路传输线7两侧均选择设置第一直角三角形微带贴片4，并且该第一直角三角形微带贴片4的两直角边分别与支线耦合器主路传输线2、第二支线耦合器支路传输线7相连，以起到构成支线耦合器主路传输线2和第二支线耦合器支路传输线7枝节结点的渐变处理目的。而两第一支线耦合器支路传输线5仅选择在靠近第二支线耦合器支路传输线7的一侧设置有第二直角三角形微带贴片6，其两直角边分别与支线耦合器主路传输线2、第一支线耦合器支路传输线5相连，以起到构成支线耦合器主路传输线2和第一支线耦合器支路传输线5枝节结点的渐变处理目的。

位于两相邻支线耦合器支路传输线之间的两支线耦合器主路传输线2的相对一侧各设置一个长方形微带贴片3，以形成支线耦合器主路传输线2的加载结构。由于本实施例中的支线耦合器支路传输线采用三条，即在两支线耦合器主路传输线2相对一侧且位于第一支线耦合器支路传输线5与第二支线耦合器支路传输线7之间的位置各设置一处长方形微带贴片3。

下面列举一实例，双层金属介质板采用rogers4350板材，双层金属介质板长度为14.76mm，宽度为10.36mm，双层金属介质板厚度为0.508mm。矩形微带馈线1长3.05mm，宽1.29mm；支线耦合器主路传输线2长8.77mm，宽1.74mm；第一支线耦合器支路传输线5长4.86mm，宽0.32mm；第二支线耦合器支路传输线7长4.86mm，宽0.96mm；第二直角三角形微带贴片6与第一支线耦合器支路传输线5相连的直角边长1.98mm，与支线耦合器主路传输线2相连的直角边长0.12mm；第一直角三角形微带贴片4与第二支线耦合器支路传输线7相连的直角边长1.98mm，与支线耦合器主路传输线2相连的直角边长0.45mm；长方形微带贴片3与支线耦合器主路传输线2相连的边长0.45mm，另一边长0.54mm；双层金属介质板背面8铺满整个背面。

将该发明与传统型三支线耦合器分别进行实测，实测值详见表1。

表1两种耦合器实测结果

实测结果表明，相比于传统型耦合器，其带宽拓展了12.5％，尺寸缩减了12.5％。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。