本發(fā)明涉及射頻器件領(lǐng)域，具體為一種基于gaas?ipd工藝的超寬帶電橋。

背景技術(shù)：

1、隨著無線通信系統(tǒng)的工作頻率和帶寬不斷增加，對于高性能、小型化的微波無源器件的需求日益迫切。超寬帶正交耦合器作為一種關(guān)鍵的無源器件，在無線通信系統(tǒng)中扮演著重要角色，主要用于將射頻信號分配到兩個(gè)輸出端口，并保持這兩個(gè)輸出信號之間的90度相位差。這類器件在功率分配、信號混頻、天線陣列的波束成形等應(yīng)用中至關(guān)重要，因此對其進(jìn)行深入研究具有重要的實(shí)際意義。

2、傳統(tǒng)超寬帶電橋的局限性

3、傳統(tǒng)的超寬帶電橋結(jié)構(gòu)通常由多級串聯(lián)的90度耦合線構(gòu)成，其級數(shù)與所需帶寬直接相關(guān)。也就是說，為了滿足更高的帶寬要求，必須增加耦合線的級數(shù)，這就不可避免地導(dǎo)致電橋尺寸的增大。此外，由于每一級耦合線都會(huì)引入一定的損耗，因此級數(shù)越多，整體的插入損耗也會(huì)隨之增加。

4、片上電橋設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)

5、在片上器件的設(shè)計(jì)中，尺寸和成本控制是一個(gè)重要的考量因素。為了實(shí)現(xiàn)寬帶需求，片上電橋設(shè)計(jì)常常采用變壓器耦合線來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的傳輸線耦合線，并通過多級變壓器的級聯(lián)來實(shí)現(xiàn)所需的寬帶性能。然而，變壓器耦合線的線寬和線間距受到工藝條件的限制，導(dǎo)致實(shí)際的耦合度難以達(dá)到理論要求，進(jìn)而使得這類設(shè)計(jì)的插入損耗普遍較大。例如，市場上現(xiàn)有的2-18ghz電橋產(chǎn)品，在高頻端的插入損耗通常接近9db，這對于一些對損耗敏感的應(yīng)用來說是一個(gè)顯著的問題。

6、強(qiáng)耦合電橋的設(shè)計(jì)難點(diǎn)

7、考慮到電橋?qū)儆趶?qiáng)耦合器件(耦合度約為3db)，為了實(shí)現(xiàn)理想的性能，最中間的耦合線需要達(dá)到2db的耦合度，這在實(shí)際設(shè)計(jì)中是非常困難的。因此，另一種常見的設(shè)計(jì)方法是串聯(lián)兩個(gè)8.34db正交耦合器，這樣可以大幅度降低對耦合度的要求。但是，這種方法的代價(jià)是電長度的加倍，導(dǎo)致電橋的尺寸難以進(jìn)一步壓縮，這在空間受限的應(yīng)用場景中尤為不利。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(一)解決的技術(shù)問題

2、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于gaas?ipd工藝的超寬帶電橋。

3、(二)技術(shù)方案

4、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：本發(fā)明的一種基于gaas?ipd工藝的超寬帶電橋，包括gaas襯底，所述gaas襯底包括三層金屬層，且所述金屬層包括金屬層m1、金屬層m2以及金屬層m3，所述金屬層m1、金屬層m2以及金屬層m3用于形成電橋的部分結(jié)構(gòu)，且所述金屬層m1、金屬層m2以及金屬層m3的表面包裹有薄膜聚酰亞胺介質(zhì)以及薄膜氮化硅介質(zhì)，所述薄膜氮化硅介質(zhì)包裹在薄膜聚酰亞胺介質(zhì)外側(cè)，所述gaas襯底的底部電鍍金作為地平面，所述gaas襯底設(shè)置有三組耦合線，包括耦合線一、耦合線二以及耦合線三，且三組耦合線與三層金屬層適配形成電橋，且三組耦合線采用蜿蜒線結(jié)構(gòu)排布，其中，所述耦合線一以及耦合線三均設(shè)有一組，所述耦合線二設(shè)有兩組，每組耦合線分為若干段，且每段之間設(shè)置一個(gè)并聯(lián)補(bǔ)償電容。

5、優(yōu)選的，所述耦合線一的耦合系數(shù)最高，電長度為90度，所述耦合線二的耦合系數(shù)最低，電長度為90度，所述耦合線三的耦合系數(shù)居中，其電長度為270度。

6、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述電橋包括節(jié)點(diǎn)一、節(jié)點(diǎn)二、節(jié)點(diǎn)三、節(jié)點(diǎn)四、節(jié)點(diǎn)五以及節(jié)點(diǎn)六，所述節(jié)點(diǎn)一為電橋的輸入端口，所述節(jié)點(diǎn)二為電橋的耦合輸出端口，所述節(jié)點(diǎn)三為電橋的直通輸出端口，所述節(jié)點(diǎn)四為相位補(bǔ)償傳輸線，所述節(jié)點(diǎn)五補(bǔ)償電容，所述節(jié)點(diǎn)六為電橋隔離端口的匹配負(fù)載。

7、再次優(yōu)選的，所述耦合線一的輸入端口為電橋的輸入端口，所述耦合線一的隔離端口也是整個(gè)電橋的隔離端口，所述耦合線一的耦合端和直通端分別與左右兩端耦合線二的輸入端相連。

8、優(yōu)選的，兩段耦合線二的耦合端分別作為電橋的兩個(gè)輸出端口，所述耦合線二的直通端和隔離端分別與耦合線三的兩側(cè)相連。

9、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述電橋在2-18ghz頻段范圍內(nèi)的回波損耗高于15db，帶內(nèi)最大值大于40db，所述電橋耦合輸出端口的插入損耗最大值為6.5db，所述電橋直通輸出端口的插入損耗最大值為5.5db。

10、再次優(yōu)選的，所述電橋在帶內(nèi)的平均幅度誤差為0.74db，最大幅度誤差出現(xiàn)在2ghz，為2.3db。

11、優(yōu)選的，所述電橋在帶內(nèi)的平均相位差為89.5度，與理想值相差0.5度，最大的相位誤差出現(xiàn)在18ghz。

12、(三)有益效果

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種基于gaas?ipd工藝的超寬帶電橋，具備以下有益效果：

14、材料與結(jié)構(gòu)優(yōu)化：

15、gaas襯底：使用100微米厚的gaas襯底，確保了電橋具有良好的高頻特性。

16、多層金屬結(jié)構(gòu)：采用三層金屬層(m1、m2、m3)，使電橋結(jié)構(gòu)更加緊湊且穩(wěn)定。

17、介質(zhì)材料：金屬層表面覆蓋薄膜聚酰亞胺介質(zhì)，外側(cè)再覆蓋薄膜氮化硅介質(zhì)，增強(qiáng)了電橋的機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能。

18、地平面：gaas襯底底部電鍍金作為地平面，提供了良好的接地效果，減少了信號反射和干擾。

19、耦合線設(shè)計(jì)：

20、耦合線分段與補(bǔ)償電容：三組耦合線(耦合線一、耦合線二、耦合線三)被分成了若干段，并且每段之間設(shè)置一個(gè)并聯(lián)補(bǔ)償電容，有效地減少了耦合線奇偶模之間的相速差，提高了端口匹配性。

21、耦合系數(shù)與電長度：耦合線一的耦合系數(shù)最高，電長度為90度；耦合線二的耦合系數(shù)最低，電長度同樣為90度；耦合線三的耦合系數(shù)介于兩者之間，電長度為270度。這種設(shè)計(jì)使得電橋在不同頻率下都能保持較好的耦合特性。

22、節(jié)點(diǎn)優(yōu)化：

23、節(jié)點(diǎn)定義與連接方式：通過定義電橋的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)一至節(jié)點(diǎn)六)，明確了輸入輸出端口及其功能，優(yōu)化了電橋內(nèi)部信號路徑。

24、耦合線一：其輸入端口作為電橋的輸入端口，隔離端口作為電橋的隔離端口，耦合端和直通端分別與耦合線二的輸入端相連，形成了有效的信號分配路徑。

25、耦合線二：兩段耦合線二的耦合端分別作為電橋的兩個(gè)輸出端口，直通端和隔離端分別與耦合線三的兩側(cè)相連，實(shí)現(xiàn)了信號的有效分離。

26、性能提升：

27、回波損耗：電橋在2-18ghz頻段范圍內(nèi)表現(xiàn)出較高的回波損耗(高于15db)，特別是在某些頻率點(diǎn)達(dá)到了40db以上，這表明電橋具有很好的阻抗匹配特性。

28、插入損耗：耦合輸出端口的最大插入損耗為6.5db，直通輸出端口的最大插入損耗為5.5db，這意味著電橋在傳輸信號時(shí)損耗較小。

29、幅度與相位誤差：在帶內(nèi)的平均幅度誤差為0.74db，最大幅度誤差出現(xiàn)在2ghz，為2.3db；平均相位差為89.5度，與理想值相差0.5度，最大相位誤差出現(xiàn)在18ghz，這些指標(biāo)表明電橋在寬頻帶內(nèi)能保持良好的幅度和相位一致性。

30、整體效益：

31、尺寸壓縮：通過使用蜿蜒線結(jié)構(gòu)，有效壓縮了電橋的整體尺寸，使其更適用于小型化設(shè)備。

32、適用性廣泛：由于在2-18ghz頻段內(nèi)表現(xiàn)出良好的性能，該電橋適用于多種高頻通信及微波應(yīng)用場合。