單片集成微波寬帶功率分配器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單片集成微波寬帶功率分配器。
【背景技術(shù)】
[0002]微波功率分配器是一種多端口微波器件，將一路微波信號(hào)的功率等分或不等分為多路微波信號(hào)，廣泛用于各種無線通信、雷達(dá)、微波測(cè)量等設(shè)備中，通常也簡(jiǎn)稱為微波功分器。如圖1所示的單級(jí)威爾金森功率分配器是最常見的微波功率分配器，采用微帶結(jié)構(gòu)在平面電路上可方便實(shí)現(xiàn)，適用于帶寬要求不高的場(chǎng)合。
[0003]在許多微波系統(tǒng)中，都會(huì)要求盡可能小的插入損耗，以減小系統(tǒng)的能量損失，并且要求各支路的幅度和相位的一致性，從而保證微波信號(hào)的高效分配及疊加，在多通道測(cè)向系統(tǒng)中尤為重要；對(duì)于相控陣以及功率合成系統(tǒng)而言，支路之間的高隔離度可以保證支路間的獨(dú)立性，使得部分支路的故障不至于影響其他支路的正常工作；對(duì)于設(shè)備尺寸有嚴(yán)格限制的場(chǎng)合，微波功率分配器的小型化將有助于整個(gè)系統(tǒng)的小型化；隨著各種軍民用微波通信設(shè)備的發(fā)展，對(duì)于頻帶的要求也越來越寬，所以微波功率分配器的寬帶特性也日益重要。
[0004]隨著應(yīng)用需求的變化，許多智能化的設(shè)備對(duì)系統(tǒng)的小型化提出更高的要求，作為微波系統(tǒng)設(shè)備的重要部件的功率分配器的小型化、超寬帶等要求也日益強(qiáng)烈。但是采用目前通用的微波功率分配器，如圖1和圖2所示，無論是用微波印制電路板加焊接隔離電阻、還是薄膜印制電路等，由于其工藝設(shè)備的限制，如采用陶瓷工藝，加工精度受限，做出的產(chǎn)品面積都是平方厘米量級(jí)的產(chǎn)品，無法在產(chǎn)品的小型化上更進(jìn)一步。在采用GaAs基材進(jìn)行寬帶功率分配器的仿真設(shè)計(jì)中，我們發(fā)現(xiàn):傳統(tǒng)的功率分配器結(jié)構(gòu)的帶寬主要受制于頻帶的低端的隔離度這一指標(biāo)，解決辦法就是通過增加級(jí)數(shù)來實(shí)現(xiàn)，但是由于級(jí)數(shù)的增加，又帶來了插入損耗的增加，同時(shí)尺寸也會(huì)相應(yīng)的加大。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于克服上述技術(shù)的不足，而提供一種單片集成微波寬帶功率分配器，利用更少的級(jí)數(shù)來實(shí)現(xiàn)相同的寬帶特性，使得整體性能較傳統(tǒng)的功率分配器進(jìn)一步提尚的同時(shí)，電路尺寸也相應(yīng)減小。
[0006]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案:一種單片集成微波寬帶功率分配器，包括多級(jí)威爾金森功率分配器，其由傳輸線和隔離電阻組成，其特征在于:在各級(jí)的隔離電阻兩端連接有匹配電容，所述傳輸線、隔離電阻以及匹配電容集成在砷化鎵基材上。根據(jù)微波網(wǎng)絡(luò)的阻抗匹配理論，我們認(rèn)為有可能通過增加匹配電路來解決這一問題。通過反復(fù)嘗試，在隔離電阻兩端增加匹配電容是簡(jiǎn)單可行的辦法。而匹配電容的容值在較小，在PF量級(jí)，需要根據(jù)整體指標(biāo)要求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于工藝原因，通常的微波印制電路與薄膜電路中都沒有制作電容的能力，而采用焊接電容的方式會(huì)由于容值難以選擇以及寄生參數(shù)的影響而使得高頻性能惡化，這也可能是本方案以前未曾得到應(yīng)用的原因。而在以GaAs為基材的集成電路制作工藝中，電感電容等都是最基本的元件，可以方便準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)。
[0007]優(yōu)選地，所述匹配電容采用金屬介質(zhì)電容。
[0008]本實(shí)用新型的有益效果是:通過上述方案設(shè)計(jì)加工的功率分配器的實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明:在1-20GHZ內(nèi)，插損小于1.5dB，l-2GHz隔離大于10dB，2_20GHz隔離大于15dB，整個(gè)器件最終尺寸僅為2.5mm X2.5mm X0.1mm ;選擇砷化鎵作為基材，利用砷化鎵的高介電常數(shù)特性，達(dá)到12.8左右；厚度薄，可以減薄到0.1mm，功率分配器中的50歐姆傳輸線的線寬僅為0.07 mm，對(duì)于更高阻抗的中間各級(jí)Zl、Z2、Z3……Zn的線寬則更窄，從而能夠方便的通過將傳輸線進(jìn)行彎曲以獲得更小的外形尺寸；采用單片集成技術(shù)在砷化鎵基材上直接將所有元件-傳輸線、匹配電阻、匹配電容一次集成，器件的最終尺寸較性能相當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)的微波寬帶功率分配器的大大減小，面積僅為1/15左右，為系統(tǒng)的小型化提供了有效的支持。
【附圖說明】
[0009]圖1是單級(jí)的威爾金森功率分配器；
[0010]圖2是為實(shí)現(xiàn)寬帶特性而采用的多級(jí)威爾金森功率分配器；
[0011]圖3是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖4是cohn給出的多級(jí)威爾金森功率分配器的帶寬與各級(jí)阻抗、隔離電阻等的插值表；
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例詳細(xì)說明本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，Cohn在1986年通過增加功率分配器的級(jí)數(shù)來解決威爾金森功分器的帶寬問題目前仍然被廣泛應(yīng)用，同時(shí)給出了這種功分器的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表，如圖4。根據(jù)該表格，采用7級(jí)匹配的話，可以實(shí)現(xiàn)10倍頻程的帶寬。對(duì)于1-20GHZ這樣的超寬帶特性，則需要繼續(xù)增加級(jí)數(shù)，仿真的結(jié)果表明需要至少9級(jí)功分網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)。
[0014]在本實(shí)例的寬帶功率分配器中，通過在各級(jí)(Ζ0、Ζ1、Ζ2...Ζη)的隔離電阻兩端增加匹配電容，如圖3所示。分別在隔離電阻Rl兩端增加匹配電容Cl，在隔離電阻R2兩端增加匹配電容C2，在隔離電阻R3兩端增加匹配電容C3，......在隔離電阻Rn兩端增加匹配電容Cn，并且通過在計(jì)算機(jī)中采用仿真軟件進(jìn)行優(yōu)化獲取最佳電容值，這樣就能夠有選擇性的抑制低頻信號(hào)通過，從而提高頻帶低端(1-2GHZ)的隔離，使得我們能夠僅用6級(jí)功率分配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行級(jí)聯(lián)就能夠?qū)崿F(xiàn)1-20GHZ的超寬帶特性。通過上述方案設(shè)計(jì)加工的功率分配器的實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明:在1-20GHZ內(nèi)，插損小于1.5dB，l_2GHz隔離大于10dB，2_20GHz隔離大于15dB，整個(gè)器件最終尺寸僅為2.5 mm X 2.5 mm X0.1 mm。
[0015]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種單片集成微波寬帶功率分配器，包括多級(jí)威爾金森功率分配器，其由傳輸線和隔離電阻組成，其特征在于:在各級(jí)的隔離電阻兩端連接有匹配電容，所述傳輸線、隔離電阻以及匹配電容集成在砷化鎵基材上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片集成微波寬帶功率分配器，其特征在于:所述匹配電容采用金屬介質(zhì)電容。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單片集成微波寬帶功率分配器，包括多級(jí)威爾金森功率分配器，其由傳輸線和隔離電阻組成，在各級(jí)的隔離電阻兩端連接有匹配電容，所述傳輸線、隔離電阻以及匹配電容集成在砷化鎵基材上。采用單片集成技術(shù)在砷化鎵基材上直接將所有元件-傳輸線、匹配電阻、匹配電容一次集成，器件的最終尺寸較性能相當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)的微波寬帶功率分配器的大大減小，面積僅為1/15左右，為系統(tǒng)的小型化提供了有效的支持。
【IPC分類】H01P5-12
【公開號(hào)】CN204391236
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520070526
【發(fā)明人】全金海
【申請(qǐng)人】全金海
【公開日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日