CN116387787B - 三维结构的小型化威尔金森功分器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维结构的小型化威尔金森功分器，包括三维输入组件以及三维输出组件，所述三维输入组件与三维输出组件之间通过阻抗变换微带线连接，所述三维输入组件用于将输入信号分离成两路传输给三维输出组件，所述三维输出组件用于将输入的两路信号进行分别输出。所述功分器具有结构简单、体积小、成本低等优点。所述功分器在实现三维功分器电路结构的同时，保证了良好的射频性能，解决了微波微系统中传统平面功分器占用面积较大的问题；引入了垂直互连的类同轴结构，实现带状‑微带线过渡。同时，该功分器结构简单易于加工，体积小巧，同时降低了装配的难度，符合微波三维电路小型化设计需求。

Description

三维结构的小型化威尔金森功分器

技术领域

本发明涉及射频封装技术领域，尤其涉及一种三维结构的小型化威尔金森功分器。

背景技术

功分器是微波电路系统中重要的无源器件，它可将输入端口的功率分配到两个或者多个端口，除了最常用的两路等分功分器之外，还可以根据具体电路需求，设计两路不等分功分器，以及多路功分器。普通的三端口T型节存在端口不能完全匹配以及两输出端口隔离度较差等缺点，而威尔金森功分器可以做到端口完全匹配以及在输出端口之间有较好的隔离。微波电路的集成化，也促进了各种以平面传输线为基础的功分器的发展，而近些年射频微系统逐渐小型化，传统的平面封装不能满足其尺寸要求，因此三维立体封装形式逐渐引起重视。三维封装形式将平面结构的电路立体化，提高了对空间的利用率。传统的以平面传输线为基础的功分器占用面积较大，不能满足一些射频微系统的小型化要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种射频性能好，结构简单，体积小的三维结构的小型化威尔金森功分器。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种三维结构的小型化威尔金森功分器，其特征在于：包括三维输入组件以及三维输出组件，所述三维输入组件与三维输出组件之间通过阻抗变换微带线连接，所述三维输入组件用于将输入信号分离成两路传输给三维输出组件，所述三维输出组件用于将输入的两路信号进行分别输出。

进一步的技术方案在于：所述三维输入组件包括若干层第一陶瓷层，所述第一陶瓷层之间形成有第一层间金属层，其中的两层第一陶瓷层之间形成有输入带状线，所述输入带状线的一端为功分器的信号输入端，所述输入带状线的另一端分别向功分器的两侧延伸形成第一过渡带状线和第二过渡带状线，所述第一过渡带状线的另一端与第一类同轴通孔的下端连接，所述第二过渡带状线的另一端与第二类同轴通孔的下端连接，所述类同轴通孔的上端延伸至最上层的第一陶瓷层处并分别与第一过渡微带线的一端以及第二过渡微带线的一端连接，所述第一过渡微带线的另一端与第一隔离电阻的一端连接，所述第二过渡微带线的另一端与所述第一隔离电阻的另一端连接，第一上层阻抗变换微带线的一端与第一过渡微带线连接，所述第一上层阻抗变换微带线的另一端向所述三维输出组件方向延伸构成所述三维输入组件的一个信号输出端，第二上层阻抗变换微带线的一端与第二过渡微带线连接，所述第二上层阻抗变换微带线的另一端向所述所述三维输出组件方向延伸构成所述三维输入组件的另一个信号输出端，所述类同轴通孔、输入带状线、第一过渡带状线以及第二过渡带状线不与所述第一层间金属层接触。

进一步的技术方案在于：所述三维输出组件包括若干层第二陶瓷层，所述第二陶瓷层之间形成有第二层间金属层，位于最上层的第二陶瓷层的上表面形成有第三过渡微带线和第四过渡微带线，所述第一上层阻抗变换微带线与所述第三过渡微带线的中部连接，所述第二上层阻抗变换微带线与所述第四过渡微带线的中部连接，所述第三过渡微带线与所述第四过渡微带线之间通过第二隔离电阻连接，第三类同轴通孔的上端与所述第三过渡微带线的外侧端部连接，所述第三类同轴通孔的下端向下延伸与第二陶瓷层之间的第一输出带状线的内侧端部连接，所述第一输出带状线的另一端向所述三维输出组件的外侧延伸，构成所述功分器的一个信号输出端；第四类同轴通孔的上端与所述第四过渡微带线的外侧端部连接，所述第四类同轴通孔的下端向下延伸与第二陶瓷层之间的第二输出带状线的内侧端部连接，所述第二输出带状线的另一端向所述三维输出组件的外侧延伸构成所述功分器的另一个信号输出端，所述第三类同轴通孔、第四类同轴通孔、第一输出带状线以及第二输出带状线不与所述第二层间金属层接触。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本申请中输入端口为一段带状线，信号等分通过两个对称的类同轴垂直互连结构传输到表面微带线，金属化通孔作为类同轴结构的内导体，周围的金属化接地孔组成类同轴结构的外导体，由此构成了垂直互连的类同轴结构。表面的两段微带线之间放置有两个隔离电阻以提供两个输出端口之间的隔离度，两输出信号分别通过垂直互连类同轴结构过渡到带状线，两输出端的类同轴结构内导体金属化通孔放置了多个焊盘，方便加工的同时也参与垂直过渡结构的阻抗匹配。

与现有的传统平面结构功分器相比，在实现三维功分器电路结构的同时，保证了良好的射频性能，解决了微波微系统中传统平面功分器占用面积较大的问题；引入了垂直互连的类同轴结构，实现带状-微带线过渡。同时，该功分器结构简单易于加工，体积小巧，同时降低了装配的难度，符合微波三维电路小型化设计需求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例所述功分器的立体结构示意图；

图2是本发明实施例所述功分器的立体结构示意图；

图3是本发明实施例所述功分器的透视结构示意图；

图4是本发明实施例所述功分器的俯视结构示意图；

图5为本实施实例中小型化带状型功分器结构的仿真结果图；

其中：1、第一陶瓷层；2、第一层间金属层；3、输入带状线；4、第一过渡带状线；5、第二过渡带状线；6、第一类同轴通孔；7、第二类同轴通孔；8、第一过渡微带线；9、第二过渡微带线；10、第一隔离电阻；11、第一上层阻抗变换微带线；12、第二上层阻抗变换微带线；13、隔离电阻焊盘；14、上第一类同轴焊盘；15、下第一类同轴焊盘；16、隔离金属化通孔；17、第二陶瓷层；18、第二层间金属层；19、第三过渡微带线；20、第四过渡微带线；21、第二隔离电阻；22、第三类同轴通孔；23、第一输出带状线；24、第四类同轴通孔；25、第二输出带状线；26、下第二类同轴焊盘；27、上第二类同轴焊盘；28、阻抗匹配焊盘。

具体实施方式

下面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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1-图4所示，本发明实施例公开了一种三维结构的小型化威尔金森功分器，一般情况下所述功分器适用于X波段和Ku波段。所述功分器包括三维输入组件以及三维输出组件，所述三维输入组件与三维输出组件之间通过阻抗变换微带线连接，所述三维输入组件用于将输入信号分离成两路传输给三维输出组件，所述三维输出组件用于将输入的两路信号进行分别输出。

进一步的，所述三维输入组件包括若干层第一陶瓷层1，所述第一陶瓷层1具体使用多少几层可以根据器件的性能、尺寸等进行设置。所述第一陶瓷层1之间形成有第一层间金属层2，所述第一层间金属层2主要起到屏蔽和接地的作用。其中的某两层第一陶瓷层1之间形成有输入带状线3，所述输入带状线3的一端为功分器的信号输入端，射频信号经所述输入带状线3输入到所述功分器，再经后续结构进行处理。

所述输入带状线3的另一端分别向功分器的两侧（图1的左右两侧）延伸形成第一过渡带状线4和第二过渡带状线5，从图3中可以看出，本申请中所述输入带状线3的宽度大于所述第一过渡带状线4以及第二过渡带状线5的宽度，从图3中还可以看出，本申请中所述输入带状线3的内侧端部延伸到所述三维输入组件的中间部件，然后再向功分器的左右两侧延伸。

如图3所示，所述第一过渡带状线4的另一端与第一类同轴通孔6的下端连接，所述第二过渡带状线5的另一端与第二类同轴通孔7的下端连接，第一类同轴通孔6的下端以及第二类同轴通孔7的下端从输入带状线3所在的平面向上延伸到所述功分器的上表面。进一步的，所述类同轴通孔（第一类同轴通孔6和第二类同轴通孔7）的上端延伸至最上层的陶瓷层处并分别与最上层的陶瓷层的上表面的第一过渡微带线8的一端以及第二过渡微带线9的一端连接。

进一步的，如图3所示，所述第一过渡带状线4和第二过渡带状线5的外侧端部分别形成有上第一类同轴焊盘14，所述第一过渡微带线8和第二过渡微带线9的外侧端部分别形成有下第一类同轴焊盘15；第一类同轴通孔6的下端和第二类同轴通孔7的下端分别与两个下第一类同轴焊盘15连接，第一类同轴通孔6的上端和第二类同轴通孔7的上端分别与两个上第一类同轴焊盘14连接。

进一步的，所述第一过渡微带线8的另一端与第一隔离电阻10的一端连接，所述第二过渡微带线9的另一端与所述第一隔离电阻10的另一端连接，所述第一过渡微带线8的内侧端部以及第二过渡微带线9的内侧端部分别形成有隔离电阻焊盘13，所述隔离电阻10的两端分别焊接在两个隔离电阻焊盘13上，通过在相应的位置设置焊盘，能够有效的提高连接的稳定性。

进一步的，如图1和图3所示，第一上层阻抗变换微带线11的一端与第一过渡微带线8连接，所述第一上层阻抗变换微带线11的另一端向所述三维输出组件方向延伸构成所述三维输入组件的一个信号输出端，第二上层阻抗变换微带线12的一端与第二过渡微带线9连接，所述第二上层阻抗变换微带线12的另一端向所述所述三维输出组件方向延伸构成所述三维输入组件的另一个信号输出端，所述类同轴通孔、输入带状线3、第一过渡带状线4以及第二过渡带状线5不与所述第一层间金属层2接触，防止影响信号的有效传输。

进一步的，如图1-图4所示，所述三维输出组件包括若干层第二陶瓷层17，所述第二陶瓷层17之间形成有第二层间金属层18，第一层间金属层2与第二层间金属层18的制作材料可以相同，第一陶瓷层1和第二陶瓷层17的制作材料也可以相同；位于最上层的第二陶瓷层17的上表面形成有第三过渡微带线19和第四过渡微带线20，所述第一上层阻抗变换微带线11与所述第三过渡微带线19的中部连接，所述第二上层阻抗变换微带线12与所述第四过渡微带线20的中部连接。所述第三过渡微带线19与所述第四过渡微带线20之间通过第二隔离电阻21连接，第三类同轴通孔22的上端与所述第三过渡微带线19的外侧端部连接，所述第三类同轴通孔22的下端向下延伸与第二陶瓷层17之间的第一输出带状线23的内侧端部连接。

所述第一输出带状线23的另一端向所述三维输出组件的外侧延伸，构成所述功分器的一个信号输出端；第四类同轴通孔24的上端与所述第四过渡微带线20的外侧端部连接，所述第四类同轴通孔24的下端向下延伸与第二陶瓷层17之间的第二输出带状线25的内侧端部连接，所述第二输出带状线25的另一端向所述三维输出组件的外侧延伸构成所述功分器的另一个信号输出端，所述第三类同轴通孔22、第四类同轴通孔24、第一输出带状线23以及第二输出带状线25不与所述第二层间金属层18接触，防止影响信号的有效传输。

进一步的，第三过渡微带线19的内侧端部以及第四过渡微带线20的内侧端部分别形成有贴片电阻焊盘13，所述隔离电阻的两端分别焊接在相对应的两个贴片电阻焊盘13上，通过在相应的位置设置焊盘，能够有效的提高连接的稳定性。

进一步的，如图1和图3所示，第一过渡带状线4和第二过渡带状线5分别与所述输入带状线3垂直，所述第一上层阻抗变换微带线11分别与所述第一过渡微带线8以及第三过渡微带线19垂直，所述第二上层阻抗变换微带线12分别与所述第二过渡微带线9以及第四过渡微带线20垂直，通过将所述带状线以及所述微带线设置成垂直结构，有利于信号的稳定传输。

进一步的，如图1-图4所示，所述三维输入组件中，所述第一过渡带状线4和第二过渡带状线5的外侧端部分别形成有下第一类同轴焊盘15，所述第一过渡微带线8和第二过渡微带线9的外侧端部分别形成有上第一类同轴焊盘14，第一类同轴通孔6的下端和第二类同轴通孔7的下端分别与两个下第一类同轴焊盘15连接，第一类同轴通孔6的上端和第二类同轴通孔7的上端分别与两个上第一类同轴焊盘14连接；

相应的，所述三维输出组件中，所述第一输出带状线23和第二输出带状线25的内侧端部分别形成有下第二类同轴焊盘26，所述第三过渡微带线19和第四过渡微带线20的外侧端部分别形成有上第二类同轴焊盘27，第三类同轴通孔22的下端以及第四类同轴通孔的下端分别与两个下第二类同轴焊盘26连接，第三类同轴通孔22的上端以及第四类同轴通孔24的上端分别与两个上第二类同轴焊盘27连接，通过设置相应的焊盘，能够有效的提高连接的稳定性。

如图3所示，所述第一层间金属层2包括两个具有开口的第一圆环部，两个第一圆环部之间通过第一连接部连接，所述第一圆环部围绕所述第一类同轴通孔和第二类同轴通孔设置；所述第二层间金属层18包括两个具有开口的第二圆环部，两个第二圆环部之间通过第二连接部连接，所述第二圆环部围绕所述第三类同轴通孔和第四类同轴通孔设置。

进一步的，所述功分器还包括两组竖直设置的隔离金属化通孔16，其中的一组隔离金属化通孔16将三维输入组件上的所述第一层间金属层2连接到一起，且该组隔离金属化通孔16位于三维输入组件的所述带状线以及所述类同轴通孔的周围；其中的另一组隔离金属化通孔16将三维输出组件上的所述第二层间金属层18连接到一起，且该组隔离金属化通孔16位于三维输出组件的所述带状线以及所述类同轴通孔的周围。所述第三类同轴通孔22和第四类同轴通孔24上形成有若干个阻抗匹配焊盘28，且所述阻抗匹配焊盘位于所述第二陶瓷层之间，方便加工的同时也参与垂直过渡结构的阻抗匹配。

相较于传统平面结构的威尔金森功分器，三维结构的威尔金森功分器增加了用于垂直互连的类同轴过渡结构，提高了对空间的利用率，节省了面积。如图5所示为该三维结构的小型化威尔金森功分器的S参数仿真结果。从仿真结果可以看出，该三维结构的小型化威尔金森功分器有良好的回波损耗，低插入损耗，以及两输出端口之间良好的隔离度，在频段内有良好的射频性能。

此外，本发明的三个端口特性阻抗均为30欧姆，但可以根据设计需求修改，本发明也可应用于50欧姆特性阻抗的传输线。

与现有的传统平面结构功分器相比，在实现三维功分器电路结构的同时，保证了良好的射频性能，解决了微波微系统中传统平面功分器占用面积较大的问题；引入了垂直互连的类同轴结构，实现带状-微带线过渡。同时，该功分器结构简单易于加工，体积小巧，同时降低了装配的难度，符合微波三维电路小型化设计需求。

Claims (8)

1.一种三维结构的小型化威尔金森功分器，其特征在于：包括三维输入组件以及三维输出组件，所述三维输入组件与三维输出组件之间通过阻抗变换微带线连接，所述三维输入组件用于将输入信号分离成两路信号传输给三维输出组件，所述三维输出组件用于将输入的两路信号进行分别输出；

所述三维输入组件包括若干层第一陶瓷层（1），所述第一陶瓷层（1）之间形成有第一层间金属层（2），其中的两层第一陶瓷层（1）之间形成有输入带状线（3），所述输入带状线（3）的一端为功分器的信号输入端，所述输入带状线（3）的另一端分别向功分器的两侧延伸形成第一过渡带状线（4）和第二过渡带状线（5），所述第一过渡带状线（4）的另一端与第一类同轴通孔（6）的下端连接，所述第二过渡带状线（5）的另一端与第二类同轴通孔（7）的下端连接，所述第一类同轴通孔（6）和所述第二类同轴通孔（7）的上端延伸至最上层的第一陶瓷层（1）处并分别与第一过渡微带线（8）的一端以及第二过渡微带线（9）的一端连接，所述第一过渡微带线（8）的另一端与第一隔离电阻（10）的一端连接，所述第二过渡微带线（9）的另一端与所述第一隔离电阻（10）的另一端连接，第一上层阻抗变换微带线（11）的一端与第一过渡微带线（8）连接，所述第一上层阻抗变换微带线（11）的另一端向所述三维输出组件方向延伸构成所述三维输入组件的一个信号输出端，第二上层阻抗变换微带线（12）的一端与第二过渡微带线（9）连接，所述第二上层阻抗变换微带线（12）的另一端向所述三维输出组件方向延伸构成所述三维输入组件的另一个信号输出端，所述第一类同轴通孔（6）和所述第二类同轴通孔（7）、输入带状线（3）、第一过渡带状线（4）以及第二过渡带状线（5）不与所述第一层间金属层（2）接触；

所述三维输出组件包括若干层第二陶瓷层（17），所述第二陶瓷层（17）之间形成有第二层间金属层（18），位于最上层的第二陶瓷层（17）的上表面形成有第三过渡微带线（19）和第四过渡微带线（20），所述第一上层阻抗变换微带线（11）与所述第三过渡微带线（19）的中部连接，所述第二上层阻抗变换微带线（12）与所述第四过渡微带线（20）的中部连接，所述第三过渡微带线（19）与所述第四过渡微带线（20）之间通过第二隔离电阻（21）连接，第三类同轴通孔（22）的上端与所述第三过渡微带线（19）的外侧端部连接，所述第三类同轴通孔（22）的下端向下延伸与两层第二陶瓷层（17）之间的第一输出带状线（23）的内侧端部连接，所述第一输出带状线（23）的另一端向所述三维输出组件的外侧延伸，构成所述功分器的一个信号输出端；第四类同轴通孔（24）的上端与所述第四过渡微带线（20）的外侧端部连接，所述第四类同轴通孔（24）的下端向下延伸与所述两层第二陶瓷层（17）之间的第二输出带状线（25）的内侧端部连接，所述第二输出带状线（25）的另一端向所述三维输出组件的外侧延伸构成所述功分器的另一个信号输出端，所述第三类同轴通孔（22）、第四类同轴通孔（24）、第一输出带状线（23）以及第二输出带状线（25）不与所述第二层间金属层（18）接触。

2.如权利要求1所述的三维结构的小型化威尔金森功分器，其特征在于： 所述第一过渡微带线（8）的内侧端部、第二过渡微带线（9）的内侧端部、第三过渡微带线（19）的内侧端部以及第四过渡微带线（20）的内侧端部分别形成有隔离电阻焊盘（13），所述隔离电阻的两端分别焊接在相对应的两个隔离电阻焊盘（13）上。

3.如权利要求1所述的三维结构的小型化威尔金森功分器，其特征在于：第一过渡带状线（4）和第二过渡带状线（5）分别与所述输入带状线（3）垂直，所述第一上层阻抗变换微带线（11）分别与所述第一过渡微带线（8）以及第三过渡微带线（19）垂直，所述第二上层阻抗变换微带线（12）分别与所述第二过渡微带线（9）以及第四过渡微带线（20）垂直。

4.如权利要求1所述的三维结构的小型化威尔金森功分器，其特征在于：所述第一过渡带状线（4）和第二过渡带状线（5）的外侧端部分别形成有下第一类同轴焊盘（15），所述第一过渡微带线（8）和第二过渡微带线（9）的外侧端部分别形成有上第一类同轴焊盘（14），第一类同轴通孔（6）的下端和第二类同轴通孔（7）的下端分别与两个下第一类同轴焊盘（15）连接，第一类同轴通孔（6）的上端和第二类同轴通孔（7）的上端分别与两个上第一类同轴焊盘（14）连接；

所述第一输出带状线（23）和第二输出带状线（25）的内侧端部分别形成有下第二类同轴焊盘（26），所述第三过渡微带线（19）和第四过渡微带线（20）的外侧端部分别形成有上第二类同轴焊盘（27），第三类同轴通孔（22）的下端以及第四类同轴通孔的下端分别与两个下第二类同轴焊盘（26）连接，第三类同轴通孔（22）的上端以及第四类同轴通孔（24）的上端分别与两个上第二类同轴焊盘（27）连接。

5.如权利要求1所述的三维结构的小型化威尔金森功分器，其特征在于：所述第一层间金属层（2）包括两个具有开口的第一圆环部，两个第一圆环部之间通过第一连接部连接，所述第一圆环部围绕所述第一类同轴通孔和第二类同轴通孔设置；所述第二层间金属层（18）包括两个具有开口的第二圆环部，两个第二圆环部之间通过第二连接部连接，所述第二圆环部围绕所述第三类同轴通孔和第四类同轴通孔设置。

6.如权利要求1所述的三维结构的小型化威尔金森功分器，其特征在于：所述功分器还包括两组竖直设置的隔离金属化通孔（16），其中的一组隔离金属化通孔（16）将三维输入组件上的所述第一层间金属层（2）连接到一起，且该组隔离金属化通孔（16）位于三维输入组件的所述第一过渡带状线（4）和所述第二过渡带状线（5）以及所述第一类同轴通孔（6）和所述第二类同轴通孔（7）的周围；其中的另一组隔离金属化通孔（16）将三维输出组件上的所述第二层间金属层（18）连接到一起，且该组隔离金属化通孔（16）位于三维输出组件的所述第一输出带状线（23）和所述第二输出带状线（25）以及所述第三类同轴通孔（22）和所述第四类同轴通孔（24）的周围。

7.如权利要求1所述的三维结构的小型化威尔金森功分器，其特征在于：所述第三类同轴通孔（22）和第四类同轴通孔（24）上形成有若干个阻抗匹配焊盘（28），且所述阻抗匹配焊盘（28）位于两层所述第二陶瓷层（17）之间。

8.如权利要求1所述的三维结构的小型化威尔金森功分器，其特征在于：所述功分器适用于X波段和Ku波段。