本發(fā)明涉及一種可調(diào)慢波傳輸線技術(shù),屬于微波毫米波以及通信、雷達(dá)、集成電路技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，和通信、雷達(dá)、計(jì)算機(jī)等信息系統(tǒng)各方面性能的大幅提升，微波毫米波集成電路不斷面臨新的挑戰(zhàn)，小型化、寬頻帶工作、可調(diào)諧等需求日益顯著。慢波傳輸線，具有壓縮的傳輸波長和緊束縛的橫向模式分布，可大大縮小器件和電路的尺寸；且慢波具有天然的阻帶，可起到抑制寄生通帶的效應(yīng)。由傳輸線理論可知，為構(gòu)造慢波傳輸線，增大等效的并聯(lián)分布電容，即可得到更大的傳輸常數(shù)，即壓縮的波長和緊束縛的橫向場分布。

對(duì)于微波集成電路中最為常用的微帶線、帶狀線、共面波導(dǎo)等平面雙導(dǎo)體傳輸線，構(gòu)造慢波傳輸線通常采用周期加載電容或開路線(等效電容)的方式。此種慢波微帶線結(jié)構(gòu)簡單，等效電路亦簡單明晰，傳播常數(shù)和阻抗分析遵從微波電路理論。通過周期加載變?nèi)荻?jí)管，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)慢波傳輸特性的調(diào)節(jié)。然而，由于加載電容的另一端開路，如何加載偏置電壓，而不影響微波網(wǎng)絡(luò)特性，不造成射頻信號(hào)從直流偏置電路泄露，就成為其中關(guān)鍵的技術(shù)瓶頸。

本發(fā)明即基于此技術(shù)需求，提出了一種周期加載電容和短路線的可調(diào)慢波傳輸線結(jié)構(gòu)。其中短路線支節(jié)的加入，將射頻的信號(hào)/地和直流偏置的信號(hào)/地統(tǒng)一，便于直流偏置的加載；另外，該慢波傳輸線的慢波特性及傳輸常數(shù)對(duì)可變電容的敏感度相比于周期加載開路線的結(jié)構(gòu)都得到了大幅提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的在于提出一種周期加載電容和短路線的可調(diào)慢波傳輸線，此傳輸線結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)顯著的慢波效應(yīng)，通過調(diào)節(jié)周期加載電容還可實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸常數(shù)大范圍、高靈敏度的調(diào)節(jié)；該結(jié)構(gòu)統(tǒng)一了射頻和直流偏置的信號(hào)和地的定義，便于對(duì)可變電容直流偏置電壓的加載。

技術(shù)方案：本發(fā)明通過對(duì)傳輸線周期加載電容和短路線支節(jié)(通過金屬化過孔和金屬地平面連接)，實(shí)現(xiàn)顯著的慢波效應(yīng)，通過對(duì)電容的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸常數(shù)大范圍、高靈敏度的調(diào)節(jié)；該結(jié)構(gòu)便于對(duì)可變電容的直流偏置加載，從而實(shí)現(xiàn)一種新型的可調(diào)慢波傳輸線。

本發(fā)明的一種周期加載電容和短路線的可調(diào)慢波傳輸線，其特征在于：該傳輸線包括大面積的金屬地、介質(zhì)基板、傳輸線、電容、短路線支節(jié)；其中，在傳輸線的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)有周期性短路線支節(jié)，在各短路線支節(jié)一端與傳輸線之間分別連接有一個(gè)電容，在開路線支節(jié)的另一端與大面積的金屬地連接。

其中：

所述的介質(zhì)基板為fr4，f4b，rogers公司生產(chǎn)的ro4003、3003、4350、rt5880、5870、6002、6006、6010、6035、6202，nelco公司生產(chǎn)的n4000-13、n4000-13epsi的印刷電路或微波電路的介質(zhì)基板，或?yàn)閟i、sio2、al2o3、gaas、gan的半導(dǎo)體或介質(zhì)材料，或?yàn)槿嵝杂袡C(jī)介質(zhì)材料。

所述的大面積的金屬地、傳輸線、短路線支節(jié)、金屬化過孔為銅、錫、金的單一材料或其復(fù)合材料。

所述的介質(zhì)基板的厚度為1μm～10mm之間。

所述的大面積的金屬地、傳輸線和短路線支節(jié)的厚度為50nm～1mm之間。

所述的電容為固定容值電容或變?nèi)荻O管。

電容、開路線支節(jié)和金屬化過孔遵從相同或不同的周期或準(zhǔn)周期分布規(guī)律。

傳輸線和短路線支節(jié)位于介質(zhì)基板的上層；金屬地、可以位于介質(zhì)基板的上層、中間層或下層。

所述的金屬地和短路線支節(jié)，由印刷金屬圖形或金屬化過孔連接。

有益效果：本發(fā)明中的慢波傳輸線結(jié)構(gòu)和相同幾何參數(shù)的周期加載電容和開路線結(jié)構(gòu)相比，具有更顯著的慢波效應(yīng)(更大的傳輸常數(shù))，且其傳輸常數(shù)隨電容的變化具有更大的調(diào)節(jié)范圍和更高的靈敏度。該結(jié)構(gòu)統(tǒng)一了射頻和直流偏置的信號(hào)和地的定義，便于可變電容直流偏置電壓的加載。該慢波傳輸線可用于微波、毫米波、太赫茲的慢波傳輸線及結(jié)構(gòu)、器件、電路，以及小型化的可調(diào)諧器件及電路中。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)示意圖。其中有：大面積的金屬地1、介質(zhì)基板2、傳輸線3、電容4、短路線支節(jié)5、金屬化過孔6。

圖2(a)為實(shí)施例一的幾何參數(shù)示意圖，(b)為實(shí)施例一的色散曲線圖。

圖3(a)為實(shí)施例二的幾何參數(shù)示意圖，(b)為實(shí)施例二的色散曲線圖。

圖4(a)為實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為幾何參數(shù)示意圖，(c)為實(shí)施例三的色散曲線圖。

圖5(a)為實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為幾何參數(shù)示意圖，(c)為實(shí)施例四的色散曲線圖。

圖6(a)位實(shí)施例五的上層結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為實(shí)施例三的s11參數(shù),(c)為實(shí)施例三的s21參數(shù)，(d)為實(shí)施例三的s23參數(shù)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，其中包括大面積的金屬地1、介質(zhì)基板2、傳輸線3、電容4、開路線支節(jié)5、金屬化過孔6。圖1所示結(jié)構(gòu)僅為可能的一種結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)電容4和金屬化過孔6的周期可以相同，也可以不同。

實(shí)施例一

本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)和圖1相同，其中采用0.508mm厚的rogersrt5880介質(zhì)基板，銅箔厚0.018mm；其上層圖形的幾何參數(shù)如圖2(a)所示，p＝4mm,g＝1mm,w＝0.6mm,s＝0.2mm,h＝1.6mm；金屬化過孔直徑0.5mm，位于短路線支節(jié)中心，孔中心距短路線邊緣距離x＝0.3mm；介質(zhì)板下層為大面積的金屬地。電容采用變?nèi)荻O管ma46h120，其電容調(diào)節(jié)范圍為0.1pf～1.1pf。

圖2(a)為不同電容值下，該慢波傳輸線的色散曲線，橫坐標(biāo)為對(duì)π歸一化的傳播常數(shù)實(shí)部，縱坐標(biāo)為頻率(ghz)，其中黑色實(shí)線代表同樣介質(zhì)板上微帶線?？梢娫摻Y(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)良好的慢波特性；改變電容值，可實(shí)現(xiàn)對(duì)該慢波傳輸線傳輸常數(shù)的大范圍、高靈敏度的調(diào)節(jié)。

實(shí)施例二

本發(fā)明實(shí)施例二的上層結(jié)構(gòu)如圖3(a)所示,其中采用0.508mm厚的rogersrt5880介質(zhì)基板，銅箔厚0.018mm；p＝8mm,g＝1.2mm,g’＝1mm,w＝0.6mm,s＝s’＝0.2mm,h＝2.1mm,h’＝1.6mm；d＝d’＝2.9mm；金屬化過孔直徑0.5mm，位于短路線支節(jié)中心，孔中心距短路線邊緣距離x＝0.3mm；介質(zhì)板下層為大面積的金屬地。電容采用變?nèi)荻O管ma46h120，其電容調(diào)節(jié)范圍為0.1pf～1.1pf。

圖3(b)為不同電容值下，該慢波傳輸線的色散曲線，橫坐標(biāo)為對(duì)π歸一化的傳播常數(shù)實(shí)部，縱坐標(biāo)為頻率(ghz)，其中黑色實(shí)線代表同樣介質(zhì)板上微帶線?？梢娫摻Y(jié)構(gòu)亦可實(shí)現(xiàn)良好的慢波特性；改變電容值，可實(shí)現(xiàn)對(duì)該慢波傳輸線傳輸常數(shù)的調(diào)節(jié)。

實(shí)施例三

本發(fā)明實(shí)施例三的整體示意圖如圖4(a),上層結(jié)構(gòu)及參數(shù)如圖4(b)所示,其中采用0.508mm厚的rogersrt5880介質(zhì)基板，銅箔厚0.018mm；銅箔厚0.018mm；p＝8mm,g＝1.2mm,w＝0.3mm,s＝0.2mm,h＝1.6mm；金屬化過孔直徑0.5mm，位于短路線支節(jié)中心，孔中心距短路線邊緣距離x＝1.0mm；；介質(zhì)板下層為大面積的金屬地。電容采用變?nèi)荻O管ma46h120，其電容調(diào)節(jié)范圍為0.1pf～1.1pf。

圖4(c)為不同電容值下，該慢波傳輸線的色散曲線，橫坐標(biāo)為對(duì)π歸一化的傳播常數(shù)實(shí)部，縱坐標(biāo)為頻率(ghz)，其中黑色實(shí)線代表同樣介質(zhì)板上微帶線?？梢娫摻Y(jié)構(gòu)亦可實(shí)現(xiàn)良好的慢波特性；改變電容值，可實(shí)現(xiàn)對(duì)該慢波傳輸線傳輸常數(shù)的調(diào)節(jié)。

實(shí)施例四

本發(fā)明實(shí)施例四的整體示意圖如圖5(a)，為一種周期加載的慢波槽線,上層結(jié)構(gòu)及參數(shù)如圖5(b)所示,其中采用0.508mm厚的rogersrt5880介質(zhì)基板，銅箔厚0.018mm；銅箔厚0.018mm；p＝8mm,g＝1.2mm,w＝0.3mm,s＝0.2mm,h＝1.6mm；連接短路線支節(jié)和金屬地的金屬圖形尺寸為x1＝y(tǒng)1＝0.2mm。介質(zhì)板下層銅箔全部腐蝕掉。電容采用變?nèi)荻O管ma46h120，其電容調(diào)節(jié)范圍為0.1pf～1.1pf。

圖5(c)為不同電容值下，該慢波傳輸線的色散曲線，橫坐標(biāo)為對(duì)π歸一化的傳播常數(shù)實(shí)部，縱坐標(biāo)為頻率(ghz)，其中黑色實(shí)線代表同樣介質(zhì)板上微帶線?？梢娫摻Y(jié)構(gòu)亦可實(shí)現(xiàn)良好的慢波特性；改變電容值，可實(shí)現(xiàn)對(duì)該慢波傳輸線傳輸常數(shù)的調(diào)節(jié)。

實(shí)施例四中，大面積金屬化地和傳輸線在介質(zhì)基片同一層，只位于傳輸線的一側(cè)。如果金屬化地和傳輸線位于介質(zhì)基片同一層，且在傳輸線左右兩側(cè)都有金屬化地，則為慢波的共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，也有類似的可調(diào)慢波效應(yīng)。

實(shí)施例五

實(shí)施例五的結(jié)構(gòu)上層圖形示意圖如圖6(a)所示，是本發(fā)明所述的可調(diào)慢波傳輸線應(yīng)用于器件設(shè)計(jì)的實(shí)例。該結(jié)構(gòu)為一個(gè)工作于1ghz左右的一階威爾金森功分器，其輸入輸出均為50ω微帶線，而1/4波長變換段采用本發(fā)明所述的可調(diào)慢波傳輸線。該結(jié)構(gòu)中介質(zhì)基板采用rogersrt5880介質(zhì)基板，銅箔厚0.018mm，介質(zhì)板下層為大面積金屬地，其輸入輸出均為50ω微帶線(寬1.6mm)；隔離電阻100ω，采用0603封裝；1/4波長阻抗變換段采用本發(fā)明所述的慢波傳輸線，各幾何參數(shù)為p＝9mm,g＝7mm,w＝0.5mm,s＝0.2mm,h＝1.6mm；變?nèi)荻O管采用ma46h120。本實(shí)施例中1/4波長阻抗變換段長度42mm，相比于70.7ω微帶線所需的變換長度56mm大大縮減。由圖6(b-d)的s參數(shù)可見，該威爾金森功分器的工作頻段可由電容值進(jìn)行調(diào)節(jié)，且在較大的頻率范圍都保持較低的插入損耗(s21)和隔離度(s23)。本實(shí)施例中電容值僅取到0.1pf和0.5pf，進(jìn)一步加大電容變化范圍，可實(shí)現(xiàn)更寬工作頻帶的調(diào)節(jié)。