[发明专利]一种兰格耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及一种耦合器，特别是涉及一种用于MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit，中文名为单片微波集成电路)平衡放大器 的兰格耦合器。

背景技术

众所周知，兰格耦合器是广泛用于平衡放大器结构中，且其相比 于其它耦合器，采用该兰格耦合器所构成的平衡放大器能够得到更宽 的带宽，能够很好的改善输入、输出端口的匹配状况，并且能够得到 很好的输入、输出驻波比，以及稳定性的提高。同时，该种基于兰格 耦合器基础上的平衡放大器亦改善了放大器的线性度，使之1dB压 缩点改善3dB，三阶交调改善3dB。

在较低频段中，由于兰格耦合器的尺寸比较大，一般都是采用微 带线来制作指条，然后再利用金丝跳线去互连各指条，参阅图1中所 示，该兰格耦合器需要四段金丝跳线2去连接各指条11，并且每段 金丝跳线2的压点都是在指条11上，因此，则需要要求指条11的宽 度必须满足金丝压点的尺寸要求，所以该种情况下的指条宽度W一 般都是在50μm以上。

然而，在较高频段中，比如在Ka波段，由于兰格耦合器的指条 宽度和指条间距都非常之小，所以如再采用金丝跳线来实现各指条间 的互连则是不大可能，因此对应用于该频段中的兰格耦合器则一般都 是采用介质隔离或者借助空气桥技术来实现各指条间的互连。

对于采用介质隔离的方法，该种兰格耦合器的指条为分别位于两 个平面上，其中间为采用介质进行隔离。但由于在位于上述两平面的 指条与介质间会形成MIM(Metal-Insulator-Metal，中文名为金属-绝 缘层-金属)电容，而该MIM电容则是会影响到兰格耦合器的性能。 因此，为了减轻对兰格耦合器的影响，一般情况下都是采用低介电常 数的介质来进行隔离，然而，在商用MMIC工艺中，一般都是采用 Si₃N₄(介电常数为7.2)的介质来进行隔离，其厚度为0.2μm左右， 会形成较大的MIM电容，所以在商用的MMIC工艺中，采用介质隔 离的方法来制作兰格耦合器是不足取的。

而对于基于空气桥技术的兰格耦合器而言，则通常是采用一次布 线(薄金属)来制作长尺寸的指条，而采用二次布线(厚金属)来制 作短尺寸的空气桥来作为指间互连线，由于长尺寸的指条是用薄金属 制作，短尺寸的指间互连线是采用厚金属制作，因此，该种结构的兰 格耦合器可以保证工艺的精度。但是由于其中的一次布线会增加兰格 耦合器的电阻性损耗，所以对于应用于微波/毫米波平衡式宽带低噪 声放大器的兰格耦合器而言，由于兰格耦合器的损耗是直接与噪声系 数的恶化程度相关，因此，在上述技术下，会严重影响到微波/毫米 波平衡式宽带低噪声放大器的噪声系数并使得其恶化。

发明内容

因此，为了减小兰格耦合器的损耗以及兰格耦合器对微波/毫米 波平衡式宽带低噪声放大器之噪声系数的影响，本发明提出了一种用 于MMIC平衡放大器中的新结构的兰格耦合器。

本发明所述之兰格耦合器为分别采用不同厚度的金属层来制作 指条以及指条间的互连线，即所述指条为采用二次布线(厚金属)制 作，所述指条间的互连线为采用一次布线(薄金属)制作，由此来降 低兰格耦合器的电阻性损耗；又，且在该所述指条与指条间互连线的 连接处为采用刻孔加以连接，并且在该所述指条与指条之间互连线的 交叉处则是采用空气桥跨越，从而既保证了工艺的精度，也亦避免了 指条与互连线之间产生MIM电容，进而也使得该所述兰格耦合器所 应用的微波/毫米波平衡式宽带低噪声放大器的噪声系数之恶化程度 得到了降低。

此外，本发明所述兰格耦合器亦根据MMIC工艺规则和兰格耦 合器性能优化折衷指条宽度和指间距。

与现有的兰格耦合器结构相比，本发明所述兰格耦合器的损耗以 及其对微波/毫米波平衡式宽带低噪声放大器的噪声系数的恶化程度 亦都得到了明显降低。

附图说明

图1为采用金丝跳线连接的兰格耦合器的视图；

图2为本发明兰格耦合器的立体视图；

图3为本发明兰格耦合器的平面视图；

图4为基于空气桥技术的传统兰格耦合器仿真结果视图；

图5为本发明兰格耦合器仿真结果视图；

图6为基于空气桥技术的传统兰格耦合器损耗仿真视图；

图7为本发明兰格耦合器损耗仿真视图；