基于LTCC的缺陷地结构的3dB超宽带90°定向耦合器的制作方法

本发明属于微波技术领域，具体属于一种基于ltcc的缺陷地结构的3db超宽带90°定向耦合器。

背景技术：

近年来，随着无线通讯技术的迅速发展，渗透在生活，军用等各个领域中，因此射频系统也朝着结构紧凑，小型化，覆盖宽带宽的特点发展，于是这对于射频通信系统中的器件有了较高的要求，宽宽带小型化逐渐成为了电子元件的设计趋势。

传统阶梯式定向耦合器利用增加耦合器的枝节来满足频带性能，但是会导致元件设计的复杂性和不易加工性，且在高频波段不易控制。1959年切比雪夫引入了切比雪夫耦合器来解决阶梯段连接不连续的问题，包括耦合渐变线和指数渐变线，切比雪夫型耦合器可以基于多项式推导出耦合系数，但是存在多项式较为复杂，只适用于级数较低的耦合器。到了20世纪60年代后期，定向耦合器的结构开始有了改变，主要有微带线和带状线两种结构，更适用于现代移动通信的发展需要，微带线与带状线节后的定向耦合器的结构较为简单，特别是带状线型具有小型化的优势，但是均存在带宽不够宽的缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于ltcc的缺陷地结构的3db超宽带90°定向耦合器。

实现本发明目的的技术方案是：一种基于ltcc的缺陷地结构的3db超宽带90°定向耦合器，包括设置在接地层上的超宽带巴伦和90度宽带移相器，所述超宽带巴伦为带状线-缺陷地结构三端口，90度宽带移相器为折叠的传输线与参考直导线，通过将超宽带巴伦的一不平衡输出端口连接宽带90°移相器折叠传输线的输入端，超宽带巴伦另一不平衡输出端口连接移相器的参考直线的输入端。

优选地，所述超宽带巴伦包括第一输入端口、巴伦输入端口连接板、巴伦第一输出传输线、巴伦第二输出传输线、巴伦缺陷地结构、第一接线柱、第二接线柱、第四接线柱；所述巴伦第一输出传输线与巴伦第二输出传输线结构相同，巴伦输入端口连接板、巴伦第一输出传输线、巴伦第二输出传输线以及巴伦缺陷地结构均位于接地层的上方；第一输入端口与巴伦输入端口连接板一端连接，巴伦输入端口连接板的另一端口连接第四接线柱的上端，第四接线柱的下端连接接地层，巴伦第一输出传输线的一端连接第一接线柱的上端，另一端口开路，巴伦第二输出传输线一端连接第二接线柱的上端，另一端开路。

优选地，所述90度宽带移相器包括移相器参考传输线、移相器第一输入传输线、移相器第二输出传输线、移相器第一耦合传输线移相器第二耦合传输线、移相器短路传输线、移相器接地传输线、第三接线柱、第一输出端口、第二输出端口；

移相器第一耦合传输线与移相器第二耦合传输线结构相同，移相器参考传输线、移相器第一输入传输线、移相器第二输出传输线、移相器第一耦合传输线移相器第二耦合传输线、移相器短路传输线、移相器接地传输线均位于接地层的下方，移相器第一输入传输线的一端与第一接线柱的下端连接，移相器第一输入传输线的另一端连接移相器第一耦合传输线的一端，移相器短路传输线的一端连接移相器第一耦合传输线的另一端和移相器第二耦合传输线的一端，移相器第二耦合传输线的另一端连接移相器第二输出传输线的一端，移相器第二输出传输线另一端连接第一输出端口，移相器短路传输线的另一端连接移相器接地传输线，移相器接地传输线的另一端连接第三接线柱的下端，第三接线柱的上端连接接地层，移相器参考传输线的一端与第二接线柱的下端连接，移相器参考传输线的另一端连接第二输出端口。

优选地，所述第一输入端口、第一输出端口、第二输出端口、接地层、巴伦输入端口连接板、巴伦第一输出传输线、巴伦第二输出传输线、移相器参考传输线、移相器第一输入传输线、移相器第二输出传输线、移相器第一耦合传输线移相器第二耦合传输线、移相器短路传输线、移相器接地传输线、巴伦缺陷地结构、第一接线柱、第二接线柱、第三接线柱、第四接线柱均通过低温共烧陶瓷工艺技术实现。

优选地，巴伦第一输出传输线、巴伦第二输出传输线均为折叠线结构。

优选地，移相器参考传输线为折叠线结构。

优选地，巴伦缺陷地结构通过在接地层进行蚀刻实现。

优选地，第一接线柱、第二接线柱均通过在接地层上打孔与相应的传输线连接。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明采用低温共烧陶瓷(ltcc)工艺技术实现三维集成，实现体积的小型化，产生形状相同的两路信号，通带内较为平坦，带宽较宽，具有回波损耗小、稳定性高，易集成等优势，能够广泛使用在射频通信系统和超宽带天线馈电网络中。

附图说明

图1为本发明一种基于ltcc的缺陷地结构的3db超宽带90°定向耦合器示意图，其中图1(a)是正视图，图1(b)是俯视图，图1(c)是主要结构示意图。

图2是本发明一种基于ltcc的缺陷地结构的3db超宽带90°定向耦合器的幅频特性曲线图。

图3是本发明一种基于ltcc的缺陷地结构的3db超宽带90°定向耦合器的驻波曲线图。

图4是本发明一种基于ltcc的缺陷地结构的3db超宽带90°定向耦合器中各输出端口的输出相位曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种基于ltcc的缺陷地结构的3db超宽带90°定向耦合器，包括设置在接地层(gnd)上的超宽带巴伦和90度宽带移相器，所述超宽带巴伦为带状线-缺陷地结构三端口，90度宽带移相器为折叠的传输线与参考直导线，通过将超宽带巴伦的一不平衡输出端口连接宽带90°移相器折叠传输线的输入端，超宽带巴伦另一不平衡输出端口连接移相器的参考直线的输入端，由此折叠传输线输出端口与参考直线的输出端口输出相位相差90°，由此构成具有超宽带性能的3db超宽带90°定向耦合器。

进一步的实施例中，所述超宽带巴伦包括第一输入端口(input)、巴伦输入端口连接板(bl1c)、巴伦第一输出传输线(bl1a)、巴伦第二输出传输线(bl1b)、巴伦缺陷地结构(dgs1)、第一接线柱(h1)、第二接线柱(h2)、第四接线柱(h4)；所述巴伦第一输出传输线(bl1a)与巴伦第二输出传输线(bl1b)结构相同，巴伦输入端口连接板(bl1c)、巴伦第一输出传输线(bl1a)、巴伦第二输出传输线(bl1b)以及巴伦缺陷地结构(dgs1)均位于接地层(gnd)的上方；第一输入端口(input)与巴伦输入端口连接板(bl1c)一端连接，巴伦输入端口连接板(bl1c)的另一端口连接第四接线柱(h4)的上端，第四接线柱(h4)的下端连接接地层(gnd)，巴伦第一输出传输线(bl1a)的一端连接第一接线柱(h1)的上端，另一端口开路，巴伦第二输出传输线(bl1b)一端连接第二接线柱(h2)的上端，另一端开路。

进一步的实施例中，所述90度宽带移相器包括移相器参考传输线(psrel1)、移相器第一输入传输线(psl1)、移相器第二输出传输线(psl2)、移相器第一耦合传输线(psl3)移相器第二耦合传输线(psl4)、移相器短路传输线(psl5)、移相器接地传输线(psl6)、第三接线柱(h3)、第一输出端口(output1)、第二输出端口(output2)；

移相器第一耦合传输线(psl3)与移相器第二耦合传输线(psl4)结构相同，移相器参考传输线(psrel1)、移相器第一输入传输线(psl1)、移相器第二输出传输线(psl2)、移相器第一耦合传输线(psl3)移相器第二耦合传输线(psl4)、移相器短路传输线(psl5)、移相器接地传输线(psl6)均位于接地层(gnd)的下方，移相器第一输入传输线(psl1)的一端与第一接线柱(h1)的下端连接，移相器第一输入传输线(psl1)的另一端连接移相器第一耦合传输线(psl3)的一端，移相器短路传输线(psl5)的一端连接移相器第一耦合传输线(psl3)的另一端和移相器第二耦合传输线(psl4)的一端，移相器第二耦合传输线(psl4)的另一端连接移相器第二输出传输线(psl2)的一端，移相器第二输出传输线(psl2)另一端连接第一输出端口(output1)，移相器短路传输线(psl5)的另一端连接移相器接地传输线(psl6)，移相器接地传输线(psl6)的另一端连接第三接线柱(h3)的下端，第三接线柱(h3)的上端连接接地层(gnd)，移相器参考传输线(psrel1)的一端与第二接线柱(h2)的下端连接，移相器参考传输线(psrel1)的另一端连接第二输出端口(output2)。

进一步的实施例中，所述第一输入端口(input)、第一输出端口(output1)、第二输出端口(output2)、接地层(gnd)、巴伦输入端口连接板(bl1c)、巴伦第一输出传输线(bl1a)、巴伦第二输出传输线(bl1b)、移相器参考传输线(psrel1)、移相器第一输入传输线(psl1)、移相器第二输出传输线(psl2)、移相器第一耦合传输线(psl3)移相器第二耦合传输线(psl4)、移相器短路传输线(psl5)、移相器接地传输线(psl6)、巴伦缺陷地结构(dgs1)、第一接线柱(h1)、第二接线柱(h2)、第三接线柱(h3)、第四接线柱(h4)均通过低温共烧陶瓷(ltcc)工艺技术实现。

进一步的实施例中，巴伦第一输出传输线(bl1a)、巴伦第二输出传输线(bl1b)均为折叠线结构。

进一步的实施例中，所述移相器参考传输线(psrel1)为折叠线结构。

进一步的实施例中，巴伦缺陷地结构(dgs1)通过在接地层(gnd)进行蚀刻实现。

进一步的实施例中，第一接线柱(h1)、第二接线柱(h2)均通过在接地层(gnd)上打孔与相应的传输线连接。

本发明的基于ltcc的缺陷地结构的3db超宽带90度定向耦合器，其工作原理为：利用超宽带巴伦的输出端并联宽带90°移相器的输入端，实现3db超宽带90°定向耦合器的设计。信号从第一输入端口(input)进入，巴伦输入端口连接板(bl1c)通过第四接线柱(h4)连接接地层(gnd)，由于巴伦缺陷地结构(dgs1)在接地层(gnd)上，近而实现巴伦输入端口连接板(bl1c)与巴伦缺陷地结构(dgs1)的连接，通过巴伦缺陷地结构(dgs1)，信号分为等幅同相的两路信号，巴伦第一输出传输线(bl1a)与巴伦第二输出传输线(bl1b)是呈现中心对称的两路传输线，信号通过这两路中心对称的传输线，巴伦第二输出传输线(bl1b)中输出的信号相位滞后巴伦第一输出传输线(bl1a)中输出的信号180°，巴伦缺陷地结构(dgs1)和呈现中心对称的巴伦第一输出传输线(bl1a)与巴伦第二输出传输线(bl1b)，使信号频率传输能够覆盖较多的范围，从而形成超宽带信号传输。巴伦第一输出传输线(bl1a)与巴伦第二输出传输线(bl1b)分别连接移相器第一输入传输线(psl1)、移相器参考传输线(psrel1)，信号从移相器参考传输线(psrel1)中通过，幅度相位均不改变。移相器第一输入传输线(psl1)连接移相器第一耦合传输线(psl3)，移相器第二耦合传输线(psl4)与移相器第一耦合传输线(psl3)结构相同，两条耦合传输线通过移相器短路传输线(psl5)连接在一起，产生边缘折叠耦合效应，移相器第二输出传输线(psl2)连接移相器第二耦合传输线(psl4)的另一端，从移相器第二输出传输线(psl2)的另一端输出的信号相位滞后90°，移相器短路传输线(psl5)连接移相器接地传输线(psl6)，移相器接地传输线(psl6)另一端通过第四接线柱(h4)接到接地层(gnd)，由移相器短路传输线(psl5)与移相器接地传输线(psl6)实现宽带移相，由此第一输出端口(output1)的输出信号与第二输出端口(output2)的输出信号相比，幅度相同，相位滞后90°，实现了基于ltcc的缺陷地结构的3db超宽带90°定向耦合器。

基于ltcc的缺陷地结构的3db超宽带90°定向耦合器通过低温共烧陶瓷(ltcc)工艺技术实现立体三维集成，因此具有小型化，集成度高，易于生产，生产成本低，稳定性强等优点。

实施例

本实施例的基于ltcc的缺陷地结构的3db超宽带90°定向耦合器的尺寸仅为8.6mm×14mm×1.5mm，巴伦第一输出传输线(bl1a)、巴伦第二输出传输线(bl1b)的长均9.72mm，宽均为0.17mm，移相器参考传输线(psrel1)的长为22.76mm，宽为0.18mm，移相器第一输入传输线(psl1)的长为3.2mm，宽为0.18mm，移相器第二输出传输线(psl2)的长为3.4mm，宽为0.18mm，移相器第一耦合传输线(psl3)、移相器第二耦合传输线(psl4)的长均为0.4mm，宽均为0.32mm，移相器短路传输线(psl5)的长为2.9mm，宽为0.24mm，移相器接地传输线(psl6)的长为2mm，宽为0.24mm。工作频率为6.25ghz～8.75ghz，从图2、图3、图4、可以看出，第一输出端口(output1)、第二输出端口(output2)的输出波形幅频特性基本一致，通带较为平坦，端口插入损耗小于1.1db，第一输入端口(input)的回波损耗优于19db，第一输出端口(output1)、第二输出端口(output2)的信号输出相位相差90°+10°。