[发明专利]一种高性能小型化定向耦合器芯片

说明书

本发明涉及小型化定向耦合器芯片领域，具体涉及一种高性能小型化定向耦合器芯片，包括分布式电路和集总元件电路，分布式电路采用四端口微带定向耦合器，四端口微带定向耦合器包括输入端、直通端、耦合端和隔离端；耦合端和隔离端分别串联集总元件电路。该耦合器芯片使用了集成电路技术，具有很小的体积和成本，能够实现芯片化。在输出端和直通端使用了微带线结构，具有很低的插入损耗和大功率通过能力；在分布式微带定向耦合器耦合输出端串联了集总元件电路，使耦合端输出的信号在超宽带内具有很高的平坦度；在分布式微带定向耦合器隔离输出端串联了集总元件电路，使隔离端输出的信号在超宽带内具有很高的隔离度。

技术领域

本发明属于小型化定向耦合器芯片领域，特别涉及一种高性能小型化定向耦合器芯片。

背景技术

定向耦合器作为一种微波低耗无源器件，它具有方向性且能以一定的比例将微波信号进行功率分配，是一种在射频电路和测量系统中应用极为广泛的基本微波元件。随着微波技术的不断发展，设备对低成本、小型化、大功率、超宽带以及高集成度的要求越来越严格，传统的定向耦合器已经不能满足要求，存在很多问题：波导结构的定向耦合器体积大，成本高，难以集成；基于PCB或陶瓷等基板微带结构的定向耦合器带宽窄，隔离度低；使用集总元件结构的定向耦合器损耗大，耐功率低，隔离度低。

上述所有的电路方案均不能满足当前对于高性能定向耦合器的需求，尤其不能实现小型化、芯片化的技术方案。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供一种高性能小型化定向耦合器芯片。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种高性能小型化定向耦合器芯片，包括分布式电路和集总元件电路，分布式电路采用四端口微带定向耦合器，四端口微带定向耦合器包括输入端、直通端、耦合端和隔离端；耦合端和隔离端分别串联集总元件电路。

在上述高性能小型化定向耦合器芯片中，四端口微带定向耦合器的微带线长度采用小于四分之一波长的长度；微带线使用的材料为金、银、铜、铁、铝或石墨烯。

在上述高性能小型化定向耦合器芯片中，耦合端串联的集总元件电路包括第一、第二、第三电感L1、L2、L3，第一、第二电容C1、C2，第一、第二、第三、第四电阻R1、R2、R3、R4；第一电容C1与第二电感L2串联的支路与第一电阻R1和第二电阻R2与第三电阻R3串联的支路并联，该并联支路一端连接第一电感L1，另一端为集总元件电路的耦合端，第一电感L1的另一端连接耦合端，第三电感L3与第二电容C2并联之后一端接第四电阻R4，另一端接地，第四电阻R4另一端接入第二电阻R2与第三电阻R3之间；

隔离端串联的集总元件电路包括第四、第五、第六电感L4、L5、L6，第三、第四电容C3、C4，第五、第六、第七、第八、第九电阻R5、R6、R7、R8、R9；第三电容C3与第五电感L5串联的支路与第五电阻R5和第六电阻R6与第七电阻R7串联的支路并联，该并联支路一端连接第四电感L4，另一端连接第九电阻R9，第九电阻R9另一端接地，第四电感L4的另一端连接隔离端，第六电感L6与第四电容C4并联之后一端接第八电阻R8，另一端接地，第八电阻R8另一端接入第六电阻R6与第七电阻R7之间。

在上述高性能小型化定向耦合器芯片中，耦合器芯片使用的衬底材料为硅、砷化镓、氮化镓、碳化硅、蓝宝石或陶瓷片。

在上述高性能小型化定向耦合器芯片中，第一电感L1和第四电感L4的电感值相同；第二电感L2和第五电感L5的电感值相同；第三电感L3和第六电感L6的电感值相同；第一电容C1和第三电容C3的电容值相同；第二电容C2和第四电容C4的电容值相同；第一电阻R1和第五电阻R5的电阻值相同；第二电阻R2、第三电阻R3、第六电阻R6、第七电阻R7的电阻值相同；第四电阻R4和第八电阻R8的电阻值相同；第九电阻R9的电阻值为50欧姆。