[发明专利]一种双地槽平行微带线90度相位移相器

说明书

技术领域

本发明属于毫米波无线通信技术领域，尤其涉及一种双地槽平行微带线90度相位移相器。

背景技术

90度相位移相器是毫米波收发系统中的关键部件，广泛应用于混频器、耦合器、滤波器、环形器等重要毫米波电路模块中，性能的好坏直接决定了系统整体性能的优劣。随着毫米波无线通信技术的迅速发展，对于宽带、高效率、高集成、低损耗的无源电路结构的需要与日俱增。同时耦合器、滤波器作为占据无线通信系统比较大比例的无源部分中的重要器件，使用单个尺寸较小的90度相位移相器取代传统的耦合器和滤波器结构将有效精简系统的结构，降低系统面积，减小损耗。设计新型的90度相位移相器成为拓宽耦合器、混频器、滤波器等的应用背景，提升其应用价值的重要途径之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于传统的180度相位反相器，利用传输线的相位特性，在两侧对称双沟槽的辅助下实现低误差、低损耗的应用于D波段的90度相位移相器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种双地槽平行微带线90度相位移相器，采用工艺130nm SiGe BiCMOS；包括地金属层和顶层金属层，输入、输出端口，电介质层和衬底层，还包括地金属层中心设置一条底层金属传输线，同时在顶层金属层上设置一条平行对称的顶层金属传输线；底层金属传输线与顶层金属传输线中心设置有180度相位反相器；地金属层上以底层金属传输线中线为轴设置两平行对称沟槽，输入端口与顶层金属传输线和底层金属传输线的左端连接，输出端口与顶层金属传输线和底层金属传输线的右端连接；电介质层包围在地金属层和顶层金属层的底部和外围，衬底层设置于电介质层底部。

在上述的双地槽平行微带线90度相位移相器中，180度相位反相器包括分别在底层金属传输线和顶层金属传输线的中心所开的反向对称的Z型沟槽，且Z型沟槽拐角处各开有一个通孔。

在上述的双地槽平行微带线90度相位移相器中，平行对称沟槽与底层金属传输线两侧各有一条分隔线，分隔线中心处开有通孔。

在上述的双地槽平行微带线90度相位移相器中，反向对称的Z型沟槽宽度均为2um，通孔直径均为3um。

在上述的双地槽平行微带线90度相位移相器中，180度相位反相器左侧和右侧的两段顶层金属传输线和两段底层金属传输线等长，且长度为中心频率的八分之一波长。

在上述的双地槽平行微带线90度相位移相器中，两对称沟槽的槽宽为17um, 长为190um，分隔线宽为2um, 分隔线中心的通孔是边长为2um的正方形。

在上述的双地槽平行微带线90度相位移相器中，顶层金属层厚度为3um，地金属层厚度为0.54um，顶层金属层和地金属层间距为9.77um。

在上述的双地槽平行微带线90度相位移相器中，在工作频率处，两段顶层金属传输线和两段底层金属传输线长度均为85um，宽度均为26.4um。

在上述的双地槽平行微带线90度相位移相器中，电介质层高度起于距离地金属层下表面0.64um处，止于顶层金属层上表面，电介质底部长度和宽度与地金属层相同；电介质层厚度为13.83um，电介质层相对介电常数为4.1；衬底层厚度为750um，相对介电常数为11.9，电导率为2 S/m；衬底层长度和宽度与地金属层相同。

在上述的双地槽平行微带线90度相位移相器中，工艺130nm SiGe BiCMOS，包括5层薄金属、2层厚金属和一个MIM层。

本发明的有益效果是：采用两侧带有双地槽的平行微带线结构有效地改善了90度相位移相器的阻抗匹配和能量损耗，从而实现了低插入损耗、低回波损耗和低相位误差。用于D波段的无线收发模块中，能显著降低电路面积、提高信号带宽、降低相位误差、减小信号损耗。

附图说明

图1 为本发明一个实施例双地槽平行微带线90度相位移相器的3D结构图；

图2 为本发明一个实施例双地槽平行微带线90度相位移相器的俯视图；

图3为本发明一个实施例双地槽平行微带线90度相位移相器的S参数仿真曲线；

图4 为本发明一个实施例双地槽平行微带线90度相位移相器的相位特性参数仿真曲线；

图5 为本发明一个实施例双地槽平行微带线90度相位移相器的阻抗特性参数仿真曲线；