基于TSV技术的双频带分支线定向耦合器

本发明属于三维集成电路，涉及一种基于tsv技术的双频带分支线定向耦合器。

背景技术：

1、分支线定向耦合器是设计天线阵列、butler矩阵、交叉和整流器的重要部件，而多频带分支线定向耦合器作为设计多频带系统的关键部件，是无线通信行业迁移和升级所必需的。近年来，丰富的无线连接(如无线局域网(wlan)、蓝牙)和蜂窝(如全球移动通信系统(gsm)、宽带码分多址(wcdma)和长期演进(lte))通信标准使移动设备中的多频段和多模式无线电成为大势所趋，分支线耦合器的双频带或多频带设计越来越受到关注。

2、现代无线通信系统多频带工作的需求大大增加了射频前端电路的复杂性。为了降低系统复杂性和电路尺寸以及降低成本，在过去的十年里，多频带电路组件和子系统得到了快速发展。近年来，研究学者们提出了各种双频带微波无源元件的设计方法。例如将传统支线耦合器中的四分之一波长(λ/4)线替换为等效的双频带λ/4变压器，使用复合右/左手传输线中的π型双频带λ/4变压器或t型短截线负载传输线等。尽管双频带分支线耦合器的设计方法有很多，但由于目前双频带的分支线耦合器主要工作频段在6ghz以下，现有的设计方法普遍存在尺寸难以缩小的问题，制约了双频带分支线耦合器的小型化发展，限制了其在便携式、轻量化的移动设备中的应用。因此，迫切的需要新的方法解决目前双频分支线耦合器发展面临的瓶颈。

3、三维集成电路(3d ic)技术通过垂直堆叠多个硅层，为电路的尺寸小型化和单片集成提供了解决方案。硅通孔(tsv)是3d ic的关键技术，它可以在垂直堆叠层中提供低损耗、低延迟的垂直互连，并且已经在电感器、滤波器、变压器等多个应用中得到了深入和广泛的研究。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于tsv技术的双频带分支线定向耦合器，该耦合器结构通过双频桥接t型线圈(btc)实现双频分支线耦合器的小型化。

2、本发明所采用的技术方案是，基于tsv技术的双频带分支线定向耦合器，包括两组含有tsv结构的bct1线圈和两组含有tsv结构的bct2线圈，两组btc1线圈作为分支线耦合器的支线，两组btc2线圈作为分支线耦合器的主线。

3、本发明的特点还在于：

4、两组bct1线圈结构对称设置，两组所述btc2线圈对称设置。

5、每组btc1线圈的结构为：包括两个串联的tsv螺旋电感ls1，两个tsv螺旋电感ls1之间的互感为lm1，电容cp1的两个极板分别连接串联tsv螺旋电感ls1的左右两端，电容cs1的一个极板连接两个tsv螺旋电感ls1相接的部分，电容cs1的另一极板接地。

6、每组btc2线圈的结构为：包括两个串联的tsv螺旋电感ls2，两个tsv螺旋电感ls2之间的互感为lm2，电容cp2的两个极板分别连接串联tsv螺旋电感ls2的左右两端，电容cs2的一个极板连接两个tsv螺旋电感ls2相接的部分，电容cs2的另一极板接地。

7、基于tsv技术的双频带分支线定向耦合器的设计方法，将btc1线圈和btc2线圈等效为两个不同工作频段的传输线截面，使用两个btc1作为分支线耦合器的支线，使用两个btc2作为分支线耦合器的主线，从而实现分支线耦合器的双频功能。

8、本发明的有益效果如下：

9、1.本发明通过使用双频btc替代分支线耦合器的λ/4传输线得到了双频分支线定向耦合器的集总参数电路，并且电路中的电感采用tsv结构实现，与硅工艺产品相兼容，可集成。

10、2.电感ls1和ls2采用基于tsv的三维结构，与传统的二维平面螺旋电感相比，电感密度更大、自谐振频率和品质因数更高。

11、3.并且通过利用tsv的优良电学特性，实现了较好的性能，相比于传统双频带分支线耦合器具有体积小、损耗低等优点，实现了在低频段具有良好的隔离度和回波损耗的双频带分支线耦合器。

技术特征：

1.基于tsv技术的双频带分支线定向耦合器，其特征在于：包括两组含有tsv结构的bct1线圈和两组含有tsv结构的bct2线圈，两组btc1线圈作为分支线耦合器的支线，两组btc2线圈作为分支线耦合器的主线。

2.根据权利要求1所述的基于tsv技术的双频带分支线定向耦合器，其特征在于：两组所述bct1线圈结构对称设置，两组所述btc2线圈对称设置。

3.根据权利要求2所述的基于tsv技术的双频带分支线定向耦合器，其特征在于：每组所述btc1线圈的结构为：包括两个串联的tsv螺旋电感ls1，两个tsv螺旋电感ls1之间的互感为lm1，电容cp1的两个极板分别连接串联tsv螺旋电感ls1的两端，电容cs1的一个极板连接两个tsv螺旋电感ls1相接的部分，电容cs1的另一极板接地。

4.根据权利要求3所述的基于tsv技术的双频带分支线定向耦合器，其特征在于：每组所述btc2线圈的结构为：包括两个串联的tsv螺旋电感ls2，两个tsv螺旋电感ls2之间的互感为lm2，电容cp2的两个极板分别连接串联tsv螺旋电感ls2的两端，电容cs2的一个极板连接两个tsv螺旋电感ls2相接的部分，电容cs2的另一极板接地。

5.根据权利要求1～4任一权利要求所述的基于tsv技术的双频带分支线定向耦合器的设计方法，其特征在于：将btc1线圈和btc2线圈等效为两个不同工作频段的传输线截面，使用两个btc1作为分支线耦合器的支线，使用两个btc2作为分支线耦合器的主线，从而实现分支线耦合器的双频功能。

技术总结
本发明公开了一种基于TSV技术的双频带分支线定向耦合器，包括两组含有TSV结构的BCT1线圈和两组含有TSV结构的BCT2线圈，两组BTC1线圈作为分支线耦合器的支线，两组BTC2线圈作为分支线耦合器的主线。本发明通过双频桥接T型线圈(BTC)实现双频分支线耦合器的小型化。

技术研发人员：王凤娟,肖洒,杨媛,余宁梅,朱樟明,尹湘坤
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15