[发明专利]一种基于玻璃通孔技术的威尔金森功分器

说明书

本发明公开的基于玻璃通孔技术的威尔金森功分器包括平行板电容器单元、重新布线层、三维螺线管电感器单元和隔离电阻；该功分器由集总参数元件组成的电抗网络构成，采用结构紧凑、低损耗的三维螺线管电感器单元与平行板电容器单元，以穿透玻璃基板的螺线管电感器作为功分器的集总电感单元，该螺线管电感器充分利用了玻璃通孔垂直排列与低电损耗的特点，面积小、电感值大、损耗低，大幅缩小了功分器的尺寸；本发明大幅减小了功分器的体积，在提高电路集成度的同时，保证了功分器的性能。本发明功分器能使输入信号功率二等分到二个输出端口，具有功率损耗低、端口隔离度高、相位差小与尺寸紧凑等优点，尤其适用于微型化的三维异质集成封装。

技术领域

本发明属于微波无源器件技术领域，具体涉及一种基于玻璃通孔技术的威尔金森功分器。

背景技术

异质三维集成是一种先进的封装技术，它通过玻璃通孔与玻璃基板实现了不同芯片的水平互连与垂直通信，显著提升了电路的性能，缩小了通信系统的封装尺寸。但传统的射频无源器件，如功分器、滤波器、天线等，通常包含大电感值的电感器，具有较大的本征尺寸，无法与其它通信电路单元集成至同一封装内，仍需要放置于封装结构外的印刷电路板上，从而导致整个通信系统尺寸的增加。

功分器在现代通信系统中占据着重要地位，它们能按照通信系统的要求将信号进行分配，广泛应用于功率放大器、相控阵雷达、混频器等微波设备。根据结构的差异，功分器可以分为集总式与分布式两类。集总式功分器尺寸比分布式功分器的尺寸更为紧凑，但其电学特性非常依赖于功分器中电感器的损耗，采用低损耗电感器可以有效改善整个功分器的性能。分布式功分器通常采用传输线设计，如微带线与低温共烧陶瓷，其本征尺寸与信号波长的平方值成正比，普遍尺寸在几十-几百平方毫米量级。如采用微带线结构的威尔金森功分器尺寸达到了15mm×9.5mm(Najib N,You K Y,Lee C Y,et al.Compact andwideband modified Wilkinson power dividers,IEEE International Conference onSmart Instrumentation,Measurement and Application.2017)；采用低温共烧陶瓷结构的威尔金森功分器尺寸达到了7.1mm×6.2mm(Wang X,Qiao D,Dai Y.Design andperformance of a novel miniaturized LTCC Wilkinson power divider,IEEE MTT-SInternational Microwave Workshop Series on Advanced Materials and Processesfor RF and THz Applications,2016)。

传统功分器一般制备于有损硅衬底的表面，具有较大的信号损耗，如Najieb.N等人制备的微带线功分器的插入损耗达到了3.5dB，Wang等人制备的低温共烧陶瓷功分器的插入损耗达到了4.1dB。玻璃基板具有低电损耗与高介电常数，其正切损耗角约为0.008，相对介质常数为5.5，非常适用于制备高性能射频无源器件。如T.Tseng等人在玻璃基板表面制备的平面功分器，其通带等效插入损耗仅为3.1d B，由于采用了平面的螺旋电感器，该功分器尺寸仍达到了4.6mm×4.6mm(T.Tseng and Y.Lin,“Miniature broadband four waypower divider in glass based thin film integrated passive device technology,”IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest,2013)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种尺寸紧凑、性能优异、结构简单、制作成本低的基于玻璃通孔技术的威尔金森功分器。