一种基于IPD技术的小型化宽带功分器的制作方法

一种基于ipd技术的小型化宽带功分器
技术领域
1.本发明属于微波器件技术领域，尤其涉及一种基于ipd技术的小型化宽带功分器。


背景技术：

2.功分器是将输入功率分成相等或不相等的几路能量比进行传输的器件，此时功分器起到的作用是功率分配；同时也可以将多路能量合成一路进行输出，此时起到的作用是功率合成。功分器广泛应用于无线通信系统中的射频模块，如天线的射频网络、混频器或功率放大器等，功分器的性能好坏直接影响到整个系统能量的分配、合成效率。如今现在电子产品的发展趋势是小型化且集成度高，因此功分器也需要进行小型化。然而传统的威尔金森功分器在其小型化后隔离度、回波损耗和带宽都不是很理想，因此需要一种体积小、隔离度高、回波损耗好且带宽宽的功分电路。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于针对背景技术中所提到的传统威尔金森功分器在小型化后存在隔离效果不好、回波损耗和带宽都不是很理想的问题，提供一种基于ipd技术的小型化宽带功分器，旨在解决上面存在的一系列问题。
4.本发明采用的技术方案如下：
5.一种基于ipd技术的小型化宽带功分器，包括介质层、金属层、以及在金属层上形成的电路结构；
6.所述电路结构包括输入端口、功分组件、输出端口、阻性隔离组件、接地端口。
7.所述输入端口包括输入端口(s1)。
8.所述输出端口包括第一输出端口(s2)、第二输出端口(s3)。
9.所述接地端口包括第一接地端口(bsv1)、第二接地端口(bsv2)。
10.所述阻性隔离组件包括n个隔离电阻r，n≥1；
11.所述功分组件包括n个功分单元和m个谐振单元，m≥1,每个功分单元包括功分模块a、功分模块b；其中功分模块a包括第一电容(c1)、第一电感(l1)，所述第一电容(c1)的一端与第一接地端口(bsv1)连接后作为接地端口，另一端与第一电感(l1)的一端连接后作为功分模块a的输入端，该输入端接输入端口(s1)或接相邻功分单元中功分模块a的输出端以及隔离电阻r的一端,第一电感(l1)的另一端作为功分模块a的输出端，该输出端接隔离电阻r的一端和相邻功分单元中功分模块a的输入端或接隔离电阻r的一端和第一输出端口(s2)；功分模块b包括第二电容(c2)、第二电感(l2)，所述第二电容(c2)的一端与第二接地端口(bsv2)连接后作为接地端口，另一端与第二电感(l2)的一端连接后作为功分模块b的输入端，该输入端接输入端口(s1)或接相邻功分单元中功分模块b的输出端和隔离电阻r的一端，第二电感(l2)的另一端作为功分模块b的输出端，该输出端接隔离电阻r的另一端和相邻功分单元中功分模块b的输入端或接隔离电阻r的另一端和第二输出端口(s3)；
12.每个谐振单元包括谐振电感(l7)、第一谐振电容(c7)和第二谐振电容(c8)。谐振
电感(l7)的一端与第一谐振电容(c7)的一端连接，另一端与第二谐振电容(c8)的一端相连。所述第一谐振电容(c7)的另一端与第一输出端口(s2)连接。所述第二谐振电容(c8)的另一端与第二输出端口(s3)连接。
13.作为优选，所述第一电容(c1)和第二电容(c2)参数结构相同。
14.更为优选，第一电容宽度为15-20um，长度为20-25um。所述第二电容宽度为15-20um，长度为20-25um。所述第一谐振电容(c7)宽度为10-13um，长度为15-18um。所述第二谐振电容(c8)宽度为10-13um，长度为15-18um。
15.作为优选，所述电感为螺旋电感，线宽为4um，线间隔为5um。
16.作为优选，所述螺旋电感的形状可以是圆形、椭圆形、矩形等多边形。
17.作为优选，第一电感和第二电感参数结构相同。
18.更为优选，所述第一电感的匝数为4.5，内径为80-90um。所述第二电感的匝数为4.5，内径为80-90um。所述谐振电感(l7)的匝数为5.5，内径为50-60um。
19.作为优选，以输入端口(s1)的水平中心线为分界线，位于同一侧的功分单元通过级联相连，前级的功分单元的输出端与后级的功分单元的输入端相连。
20.作为优选，所述介质层的材质为gaas、si或玻璃等半导体材料。
21.作为优选，所述金属层的材质为au或其他金属。
22.本发明与现有技术相比存在的有益效果是：通过利用集成无源器件工艺(ipd)将功分组件、输入端口、第一输出端口、第二输出端口以及阻性隔离组件和谐振单元集成于同一芯片，在实现功分器小型化的同时，能得到较好的回波损耗且提高了功分器的带宽，并通过设置阻性隔离组件提高了功分器的隔离度。
附图说明
23.图1为实施例1的ipd三维电路结构示意图一；
24.图2均为实施例1的ipd三维电路结构示意图二；
25.图3为叠层工艺结构示意图；
26.图4为实施例1的频率与插入损耗、隔离度的仿真结果图；
27.图5为实施例1的频率与回波损耗的仿真结果图；
28.图6为实施例2的ipd三维电路结构示意图一；
29.图7为实施例2的ipd三维电路结构示意图二；
30.图8为实施例2的频率与插入损耗、隔离度的仿真结果图；
31.图9为实施例2的频率与回波损耗的仿真结果图。
具体实施方式
32.为了更加清楚地说明本发明解决的问题、采用的技术方案和有益效果，下面结合图示说明本发明的具体实施方式，这里所描述的优选实施例子仅用于说明和解释本发明，并不用以限制本发明，凡是在本发明的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等。均应在本发明的保护范围之内，以上这些技术的若干组合也应在本发明的保护范围之内。
33.实施例1：
34.如图1-2所示为基于ipd技术的小型化宽带功分器，包括接地地板3、介质层、金属
层，以及在金属层上形成有电路结构，所述电路结构包括输入端口、功分组件、输出端口、阻性隔离组件、接地端口、谐振单元。
35.所述输入端口包括输入端口s1。
36.所述输出端口包括第一输出端口s2、第二输出端口s3。
37.所述接地端口包括第一接地端口bsv1、第二接地端口bsv2。
38.所述谐振单元包括第一谐振单元a1。
39.所述阻性隔离组件包括第一隔离电阻r1、第二隔离电阻r2和第三隔离电阻r3。
40.所述功分组件包括第一功分单元、第二功分单元、第三功分单元和一个谐振单元，每个功分单元包括功分模块a、功分模块b，这三个功分单元具体包括第一功分模块01、第二功分模块02、第三功分模块03、第四功分模块04、第五功分模块05、第六功分模块06。
41.所述第一功分模块的输入端口与所述第一输入端口s1连接，所述第一功分模块的输出端口分别与第三功分模块的输入端口、第一隔离电阻r1的一端连接，所述第一功分模块的接地端口接第一接地端口bsv1。
42.所述第二功分模块的输入端口与所述第一输入端口s1连接，所述第二功分模块的输出端口分别与第四功分模块的输入端口、第一隔离电阻r1的另一端相连接。所述第二功分模块的接地端口接第二接地端口bsv2。
43.所述第三功分模块的输入端口分别与第一功分模块的输出端口和第一隔离电阻r1的一端相连接，所述第三功分模块的输出端口分别与第五功分模块的输入端口、第二隔离电阻r2的一端相连接，所述第三功分模块的接地端口接第一接地端口bsv1。
44.所述第四功分模块的输入端口与第二功分模块的输出端口、第一隔离电阻r1的另一端相连接。所述第四功分模块的输出端口分别与第六功分模块的输入端口、第二隔离电阻r2的另一端相连接。所述第四功分模块的接地端口接第二接地端口bsv2。
45.所述第五功分模块的输入端口分别与第三功分模块的输出端口和第二隔离电阻r2的一端相连接。所述第五功分模块的输出端口分别与第三隔离电阻r3的一端和第一输出端口s2相连。所述第五功分模块的接地端口接第一接地端口bsv1。
46.所述第六功分模块的输入端口分别与第四功分模块的输出端口和第二隔离电阻r2的另一端相连接。所述第六功分模块的输出端口分别与第三隔离电阻r3的另一端、第二输出端口s3相连。所述第六功分模块的接地端口接第二接地端口bsv2。
47.所述第一功分模块、第三功分模块、第五功分模块、第一接地端口分别与第二功分模块、第四功分模块、第六功分模块、第二接地端口关于输入端口s1的水平中心线对称。所述阻性隔离电阻的水平中心均与所述输入端口的水平中线重合。
48.所述第一功分模块包括第一电容c1、第一电感l1。所述第一电容c1的一端作为第一功分模块的接地端，所述第一电容c1的另一端与第一电感l1的一端连接后作为第一功分模块的输入端，所述第一电感l1的另一端作为第一功分模块的输出端。
49.所述第二功分模块包括第二电容c2、第二电感l2。所述第二电容c2的一端作为第二功分模块的接地端，所述第二电容c2的另一端与第二电感l2的一端连接后作为第二功分模块的输入端，所述第二电感l2的另一端作为第二功分模块的输出端。
50.所述第三功分模块包括第三电容c3、第三电感l3。所述第三电容c2的一端作为第三功分模块的接地端，所述第三电容c3的另一端与第三电感l3的一端连接后作为第三功分
模块的输入端，所述第三电感l3的另一端作为第三功分模块的输出端。
51.所述第四功分模块包括第四电容c4、第四电感l4。所述第四电容c4的一端作为第四功分模块的接地端，所述第四电容c4的另一端与第四电感l4的一端连接后作为第四功分模块的输入端，所述第四电感l4的另一端作为第四功分模块的输出端。
52.所述第五功分模块包括第五电容c5、第五电感l5。所述第五电容c5的一端作为第五功分模块的接地端，所述第五电容c5的另一端与第五电感l5的一端连接后作为第五功分模块的输入端，所述第五电感l5的另一端作为第五功分模块的输出端。
53.所述第六功分模块包括第六电容c6、第六电感l6。所述第六电容c6的一端作为第六功分模块的接地端，所述第六电容c6的另一端与第六电感l6的一端连接后作为第六功分模块的输入端，所述第六电感l6的另一端作为第六功分模块的输出端。
54.所述第一谐振单元a1包括第一谐振电容c7、第二谐振电容c8和谐振电感l7。谐振电感l7的一端与第一谐振电容c7的一端连接，谐振电感l7的另一端与第二谐振电容c8的一端相连。第一谐振电容c7的另一端与第一输出端口s2连接。第二谐振电容c8的另一端口与第二输出端口s3相连。
55.如图3(a)-(b)所述介质层采用多级介质层，包括第一介质层1-1、第二介质层1-2、第三介质层1-3、第四介质层1-4、第五介质层1-5、第六介质层1-6、第七介质层1-7。所述金属层包括第一金属层2-1、第二金属层2-2、第三金属层2-3。接地地板3、第一介质层1-1、第二介质层1-2、第三介质层1-3、第一金属层2-1、第四介质层1-4、第二金属层2-2、第五介质层1-5、第六介质层1-6、第三金属层2-3、第七介质层1-7从底层到顶层依次设置。
56.第一金属层2-1、第二金属层22通过过孔连接作为电容的底部金属板；第三金属层2-3一部分作为电容的顶部金属板，另一部分作为电感。
57.所述第一电容宽度为15-20u，长度为20-25um。所述第二电容宽度为15-20um，长度为20-25um。所述第三电容宽度为20-25um，长度为25-30um。所述第四电容宽度为20-25um，长度为25-30um。所述第五电容宽度为15-20um，长度为20-25um。所述第六电容宽度为15-20um，长度为20-25um。所述第一谐振电容c7宽度10-13um，长度15-18um。所述第二谐振电容c8宽度10-13um，长度15-18um。
58.所述电感都为螺旋电感，线宽都为4um，线间隔都为5um。所述第一电感的匝数为4.5，内径为80-90um。所述第二电感的匝数为4.5，内径为80-90um。所述第三电感的匝数为4.5，内径为70-80um。所述第四电感的匝数为4.5，内径为70-80um。所述第五电感的匝数为3.5，内径为15-20um。所述第六电感的匝数为3.5，内径为15-20um。所述谐振电感l7的匝数为5.5，内径为50-60um。
59.本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过利用集成无源器件工艺将第一功分模块、第二功分模块、第三功分模块、第四功分模块、第五功分模块、第六功分模块、第一谐振单元、第一输入端口s1、第一输出端口s2、第二输出端口s3以及阻性隔离组件集成于同一芯片，减小了功分器的体积，且提高了功分器的带宽。并通过设置阻性隔离组件提高了功分器的隔离度。
60.如图1、图2所示为功分器的结构图，基于ipd—gaas的工艺实现，尺寸较小仅为1mm
×
1mm
×
0.35um实现了功分电路的小型化。本实施例的使用频段为2ghz-5ghz。
61.如图4所示为功分器的插入损耗、隔离度与频率的关系，从图中可以看出隔离度在
宽带范围内较好可以达到-20db以下，插入损耗为4.5左右，插损较小。
62.如图5所示为功分器的回波损耗与频率的关系，从图中可以看出在宽带范围内回波损耗都小于-15db以下，回波损耗较好。
63.实施例2：
64.如图6-7所示，一种基于ipd技术的宽带功分器，包括接地地板3、介质层、金属层，以及在金属层上形成有电路结构，所述电路结构包括输入端口、功分组件、输出端口、阻性隔离组件、接地端口、谐振单元。
65.所述输入端口包括第二输入端子s4。
66.所述输出端口包括第三输出端子s5、第四输出端子s6。
67.所述接地端口包括第三接地端口bsv3、第四接地端口bsv4。
68.所述谐振单元包括谐振单元a2。
69.所述阻性隔离组件包括第四隔离电阻r4、第五隔离电阻r5、第六隔离电阻r6和第七隔离电阻r7。
70.所述功分组件包括第一功分单元、第二功分单元、第三功分单元、第四功分单元和一个谐振单元，每个功分单元包括功分模块a、功分模块b，这4个功分单元具体包括第七功分模块07、第八功分模块08、第九功分模块09、第十功分模块010、第十一功分模块011、第十二功分模块012、第十三功分模块013、第十四功分模块014。
71.所述第七功分模块的输入端口与所述输入端口s4连接，所述第七功分模块的输出端口分别与第九功分模块的输入端口、第四隔离电阻r4的一端连接，所述第七功分模块的接地端口接第三接地端口bsv3。
72.所述第八功分模块的输入端口与所述输入端口s4连接，所述第八功分模块的输出端口分别与第十功分模块的输入端口、第四隔离电阻r4的另一端相连接，所述第八功分模块的接地端口接第四接地端口bsv4。
73.所述第九功分模块的输入端口分别与第七功分模块的输出端口和第四隔离电阻r4的一端相连接，所述第九功分模块的输出端口分别与第十一功分模块的输入端口、第五隔离电阻r5的一端相连接，所述第九功分模块的接地端口接第三接地端口bsv3。
74.所述第十功分模块的输入端口分别与第八功分模块的输出端口、第四隔离电阻r4的另一端相连接，所述第十功分模块的输出端口分别与第十二功分模块的输入端口、第五隔离电阻r5的另一端相连接，所述第十功分模块的接地端口接第四接地端口bsv4。
75.所述第十一功分模块的输入端口分别与第九功分模块的输出端口、第五隔离电阻r5的一端相连接，所述第十一功分模块的输出端口分别与第六隔离电阻的一端和第十三功分模块的输入端口相连，所述第十一功分模块的接地端口接第三接地端口bsv3。
76.所述第十二功分模块的输入端口分别与第十功分模块的输出端口、第五隔离电阻r5的另一端相连接，所述第十二功分模块的输出端口分别与第六隔离电阻的另一端、第十四功分模块的输入端口相连。所述第十二功分模块的接地端口接第四接地端口bsv4。
77.所述第十三功分模块的输入端口分别与第十一功分模块的输出端口、第六隔离电阻r6的一端相连接，所述第十三功分模块的输出端口分别与第七隔离电阻r7的一端和输出端口s5相连，所述第十三功分模块的接地端口接第三接地端口bsv3。
78.所述第十四功分模块的输入端口分别与第十二功分模块的输出端口、第六隔离电
25um，长度为25-30um。所述第十三电容宽度为15-20um，长度为20-25um。所述第十四电容宽度为15-20um，长度为20-25um。所述第十五电容宽度10-13um，长度15-18um。所述第十六电容宽度10-13um，长度15-18um。所述谐振电容c17宽度10-13um，长度15-18um。所述谐振电容c18宽度10-13um，长度15-18um。
90.所述电感都为螺旋电感，线宽都为4um，线间隔都为5um。所述第八电感的匝数为4.5，内径为80-90um。所述第九电感的匝数为4.5，内径为80-90um。所述第十电感的匝数为4.5，内径为70-80um。所述第十一电感的匝数为4.5，内径为70-80um。所述第十二电感的匝数为3.5，内径为15-20um。所述第十三电感的匝数为3.5，内径为15-20um。所述第十四电感的匝数为5.5，内径为50-60um。所述第十五电感的匝数为5.5，内径为50-60um。所述谐振电感l16的匝数为5.5，内径为60-70um。
91.本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过利用集成无源器件工艺将第七功分模块、第八功分模块、第九功分模块、第十功分模块、第十一功分模块、第十二功分模块、第十三功分模块、第十四功分模块、第二谐振单元、输入端口s4、第三输出端口s5、第四输出端口s6以及阻性隔离组件集成于同一芯片，减小了功分器的体积，且提高了功分器的带宽。并通过设置阻性隔离组件提高了功分器的隔离度。
92.如图6、图7所示为功分器的结构图，基于ipd—gaas的工艺实现，尺寸较小仅为1.2mm
×
1mm
×
0.35um实现了功分电路的小型化。本实施例的使用频段为2.4ghz-6ghz。
93.如图8所示为功分器的插入损耗、隔离度与频率的关系，从图中可以看出隔离度在宽带范围内较好可以达到-20db以下，插入损耗为4.5左右，插损较小。
94.如图9所示为功分器的回波损耗与频率的关系，从图中可以看出在宽带范围内回波损耗都小于-15db以下，回波损耗较好。
95.上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。