微带线-共面带状线的宽带过渡结构

摘要

本发明涉及一种微带线-共面带状线的宽带过渡结构，包括微带线导带、共面带状线、微带线地板、电路基板，其中微带线导带位于电路基板的正面，共面带状线和微带线地板一体成型位于电路基板的反面；共面带状线和微带线导带立体垂直交叉，形成立体垂直交叉处；微带线导带包括顺次设置的微带线输入输出端口、微带线导带传输段、有限地微带线导带过渡段、立体垂直交叉处、有限地微带线导带开路端；微带线地板设有限地微带线地板过渡段和有限地微带线地板；共面带状线的一端是共面带状线输入输出端口，另一端为共面带状线短路端。微带线共面带状线的宽带过渡结构具有尺寸小、电路结构紧凑、高频插入损耗小的优点。

权利要求

1.一种微带线-共面带状线的宽带过渡结构，其特征在于：包括微带线导带(1)、共面带状线(2)、微带线地板(3)、电路基板(4)，微带线导带(1)和微带线地板(3)形成微带线，其中微带线导带(1)位于电路基板(4)的正面，共面带状线(2)和微带线地板(3)一体成型位于电路基板(4)的反面；共面带状线(2)和微带线导带(1)立体垂直交叉，共面带状线(2)的槽(21)与微带线导带(1)形成立体垂直交叉处(5)；所述的共面带状线(2)位于有限地微带线地板过渡段(32)和有限地微带线地板(33)的中间，并垂直于有限地微带线地板过渡段(32)和有限地微带线地板(33)，共面带状线(2)的一端是共面带状线输入输出端口(22)，经过立体垂直交叉处(5)后的另一端为共面带状线短路端(23)。

2.根据权利要求1所述的微带线-共面带状线的宽带过渡结构，其特征在于：所述的微带线导带(1)包括顺次设置的微带线输入输出端口(10)、微带线导带传输段(11)、有限地微带线导带过渡段(12)、立体垂直交叉处(5)、有限地微带线导带开路端(13)；其中微带线导带传输段(11)一端与微带线输入输出端口(10)相连，另一端与有限地微带线导带过渡段(12)相连，宽度与微带线输入输出端口(10)一致；有限地微带线导带过渡段(12)从与微带线导带传输段(11)相连的一端到立体垂直交叉处(5)，且由宽到窄均匀渐变；有限地微带线导带开路端(13)从立体垂直交叉处(5)开始到微带线导带(1)的末端。

3.根据权利要求1或2所述的微带线-共面带状线的宽带过渡结构，其特征在于：所述的微带线地板(3)在电路基板(4)的反面且沿与微带线导带(1)相同的方向：其中微带线地板(3)与有限地微带线导带过渡段(12)垂直对应的部分设为有限地微带线地板过渡段(32)，微带线地板(3)与有限地微带线导带开路端(13)垂直对应的部分设为有限地微带线地板(33)。

4.根据权利要求3所述的微带线-共面带状线的宽带过渡结构，其特征在于：所述的有限地微带线导带过渡段(12)从微带线导带传输段(11)到立体垂直交叉处(5)由宽到窄均匀渐变，相应的有限地微带线地板过渡段(32)也由宽到窄均匀渐变。

5.根据权利要求3所述的微带线-共面带状线的宽带过渡结构，其特征在于：所述有限地微带线导带开路端(13)及其垂直对应的有限地微带线地板(33)都为矩形，且有限地微带线地板(33)向立体垂直交叉处(5)反向直线延伸至电路基板(4)的边缘。

说明书

微带线-共面带状线的宽带过渡结构

技术领域

[0001] 本发明涉及微波无源器件技术领域，特别是一种微带线共面带状线的宽带过渡结构。

背景技术

[0002] 天线领域中，偶极子天线属于平衡型天线，而偶极子天线需要平衡传输线如共面带状线来馈电。共面带状线是一种平衡的单面传输线，具有尺寸小，易于集成等优点。而目前微波集成电路设计中最常用的信号传输线是微带线，这是一种非平衡传输线，因此我们在设计集成电路系统时必须要进行平衡-不平衡传输线之间的转换。基于这一背景，我们需要设计一种损耗低、尺寸小、微带线共面带状线的宽带过渡结构。

[0003] 已有文献报道了微带线到共面带状线的过渡结构：

[0004] 文 献 1(Y.Qian and T.Itoh，A broadband uniplanar microstrip-to-CPS transition，1997Asia Pacific Microwave Conf.Dig.，1997：609-612)运用T形节功分器及180度移相器实现了微带线到共面带状线的过渡结构。

[0005] 文献2(Y.-H.Suh and K.Chang，A wideband coplanar stripline to microstrip transition，IEEE Microwave Wireless Compon.Lett.，2001(11)：28-29)中微带线到共面带状线的过渡结构是基于场匹配原理实现的。

[0006] 文献3(W.-H.Tu and K.Chang，Wide-band microstrip-to-coplanar stripline/slotlinetransitions，IEEE Trans.Microw.Theory Tech.，2006(54)：1084-1089)是运用切比雪夫变换器和四分之一波长扇形匹配短截线实现微带线到共面带状线的过渡结构。

[0007] (1)文献1，2，3中提出的三种微带线到共面带状线的过渡结构在高频处的插入损耗较大。

[0008] (2)文献2，3中微带线到共面带状线的过渡结构由于使用了场匹配段和阻抗匹配段，具有尺寸大的缺点。

发明内容

[0009] 本发明的目的是提供一种尺寸小、电路结构紧凑、高频插入损耗小的微带线-共面带状线的宽带过渡结构。

[0010] 实现本发明的技术解决方案为：一种微带线共面带状线的宽带过渡结构，于包括微带线导带、共面带状线、微带线地板、电路基板，微带线导带和微带线地板形成微带线，其中微带线导带位于电路基板的正面，共面带状线和微带线地板一体成型位于电路基板的反面；共面带状线和微带线导带立体垂直交叉，共面带状线的槽与微带线导带形成立体垂直交叉处。

[0011] 本发明微带线共面带状线的宽带过渡结构，所述的微带线导带包括顺次设置的微带线输入输出端口、微带线导带传输段、有限地微带线导带过渡段、立体垂直交叉处、有限地微带线导带开路端；其中微带线导带传输段一端与微带线输入输出端口相连，另一端与有限地微带线导带过渡段相连，宽度与微带线输入输出端口一致；有限地微带线导带过渡段从与微带线导带传输段相连的一端到立体垂直交叉处，且由宽到窄均匀渐变；有限地微带线导带开路端从立体垂直交叉处开始到微带线导带的末端。

[0012] 本发明微带线共面带状线的宽带过渡结构，所述的共面带状线位于有限地微带线地板过渡段和有限地微带线地板的中间，并垂直于有限地微带线地板过渡段和有限地微带线地板，共面带状线的一端是共面带状线输入输出端口，经过立体垂直交叉处后的另一端为共面带状线短路端。

[0013] 本发明微带线共面带状线的宽带过渡结构，所述的微带线地板在电路基板的反面且沿与微带线导带相同的方向：其中微带线地板与有限地微带线导带过渡段垂直对应的部分设为有限地微带线地板过渡段，微带线地板与有限地微带线导带开路端垂直对应的部分设为有限地微带线地板。

[0014] 本发明微带线-共面带状线的宽带过渡结构，所述的有限地微带线导带过渡段从微带线导带传输段到立体垂直交叉处由宽到窄均匀渐变，相应的有限地微带线地板过渡段也由宽到窄均匀渐变。

[0015] 本发明微带线共面带状线的宽带过渡结构，所述有限地微带线导带开路端及其垂直对应的有限地微带线地板都为矩形，且有限地微带线地板向立体垂直交叉处反方向直线延伸至电路基板的边缘。

[0016] 本发明与现有技术相比，其显著优点：

[0017] (1)本发明的交叉区域具有模式转换和阻抗转换的作用，无需使用场匹配段及阻抗匹配段；

[0018] (2)可以减小结构尺寸，使得电路简洁紧凑；

[0019] (3)具有高频插入损耗低的优点。

附图说明

[0020] 图1是本发明微带线共面带状线的宽带过渡结构的结构示意图。

[0021] 图2是本发明微带线共面带状线的宽带过渡结构的实施例1的结构尺寸示意图。

[0022] 图3是本发明微带线共面带状线的宽带过渡结构的实施例1的S参数仿真图。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

[0024] 结合图1，电路基板的正面在图中为斜线阴影填充部分，电路基板的反面为点状阴影填充部分。该微带线-共面带状线的宽带过渡结构，包括微带线导带1、共面带状线2、微带线地板3、电路基板4，微带线导带1和微带线地板3形成微带线，其中微带线导带1位于电路基板4的正面，共面带状线2和微带线地板3一体成型位于电路基板4的反面；共面带状线2和微带线导带1立体垂直交叉，共面带状线2的槽21与微带线导带1形成立体垂直交叉处5。

[0025] 本发明微带线共面带状线的宽带过渡结构，所述的微带线导带1包括顺次设置的微带线输入输出端口10、微带线导带传输段11、有限地微带线导带过渡段12、立体垂直交叉处5、有限地微带线导带开路端13；其中微带线导带传输段11一端与微带线输入输出端口10相连，另一端与有限地微带线导带过渡段12相连，宽度与微带线输入输出端口10一致；有限地微带线导带过渡段12从与微带线导带传输段11相连的一端到立体垂直交叉处5，且由宽到窄均匀渐变；有限地微带线导带开路端13从立体垂直交叉处5开始到微带线导带1的末端。

[0026] 本发明微带线共面带状线的宽带过渡结构，所述的共面带状线2位于有限地微带线地板过渡段32和有限地微带线地板33的中间，并垂直于有限地微带线地板过渡段32和有限地微带线地板33，共面带状线2的一端是共面带状线输入输出端口22，经过立体垂直交叉处5后的另一端为共面带状线短路端23。

[0027] 本发明微带线共面带状线的宽带过渡结构，所述的微带线地板3在电路基板4的反面且沿与微带线导带1相同的方向：其中微带线地板3与有限地微带线导带过渡段12垂直对应的部分设为有限地微带线地板过渡段32，微带线地板3与有限地微带线导带开路端13垂直对应的部分设为有限地微带线地板33。

[0028] 本发明微带线共面带状线的宽带过渡结构，所述的有限地微带线导带过渡段12从微带线导带传输段11到立体垂直交叉处5由宽到窄均匀渐变，相应的有限地微带线地板过渡段32也由宽到窄均匀渐变。

[0029] 本发明微带线共面带状线的宽带过渡结构，所述有限地微带线导带开路端13及其垂直对应的有限地微带线地板33都为矩形，且有限地微带线地板33向立体垂直交叉处5反方向直线延伸至电路基板4的边缘。立体垂直交叉处5靠近微带线导带1的有限地微带线导带开路端13，并靠近共面带状线2的共面带状线短路端23。

[0030] 本发明微带线-共面带状线的宽带过渡结构的工作过程如下：电磁信号从微带线输入输出端口10进入微带线1，经过微带线导带传输段11、有限地微带线导带过渡段12到达立体垂直交叉处5，耦合到共面带状线2上，沿着共面带状线2传输到共面带状线输入输出端口22。同样的，当电磁信号从共面带状线输入输出端口22进入共面带状线2，经过立体垂直交叉处5耦合到微带线1，沿着有限地微带线导带过渡段12、微带线导带传输段11传输到微带线输入输出端口10，也能实现电磁信号的传输。通过调节有限地微带线导带开路端13长度、共面带状线短路端23长度及有限地微带线地板过渡段32的尺寸，可以调节通带的位置及过渡性能。

[0031] 在结构上，微带线输入输出端口10的宽度根据端口的阻抗确定，一般设计为50欧姆微带线对应的宽度。共面带状线输入输出端口22的线宽及槽宽根据端口阻抗确定，一般设计为高特性阻抗(如155欧姆)对应的线宽和槽宽，共面带状线2的其它部分的线宽和槽宽保持与共面带状线端口一致。共面带状线2与微带线1形成立体垂直交叉处5，交叉角一般为90度，立体垂直交叉处5的微带线导带宽度为了保证最佳的能量耦合有一个确定值，一般不同于微带线输入输出端口10。有限地微带线地板33的宽度及有限地微带线导带开路端13的宽度保持与立体垂直交叉处5一致。有限地微带线导带过渡段12从微带线导带传输段11到立体垂直交叉处5由宽到窄均匀渐变，相应的有限地微带线地板过渡段32也由宽到窄均匀渐变，以保证实现电路的阻抗匹配。

[0032] 在制造上，通过印制电路板制造工艺对电路基板正面的电路及背面的电路加工形成所需的金属图案。

[0033] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。

[0034] 实施例1

[0035] 结合图2、图3，以工作在6.3-18GHz的微带线-共面带状线的宽带过渡结构为例，采用的电路基板4相对介电常数为2.33，厚度为0.508mm。微带线输入输出端口10特性阻抗为50欧姆，微带线输入输出端口10的宽度w1为1.55mm，共面带状线输入输出端口22的特性阻抗为155欧姆，共面带状线输入输出端口22对应的线宽w0为1mm，槽宽s为0.2mm。在立体垂直交叉处5为了使微带线1的能量耦合到共面带状线2中，借助仿真软件HFSS得到立体垂直交叉处5微带线导带宽度w4为0.9mm。有限地微带线地板过渡段32长度L0为3.4mm，由宽度w2为5mm均匀渐变为宽度w3为2.8mm。有限地微带线地板33宽度w5为
1.5mm。

[0036] 有限地微带线导带开路端13和共面带状线短路端23的长度具有支节匹配的作用：有限地微带线导带开路端13对应的长度L1为4mm，即1/4中心频率对应的有限地微带线波导波长；共面带状线短路端23对应的长度L2为6mm，1/4中心频率对应的共面带状线波导波长。

[0037] 图3为本实施例微带线-共面带状线的宽带过渡结构的S参数仿真图，从图中可以看出，在6.3-18GHz频段内，插入损耗小于3dB，馈电端口反射系数小于-13dB，相对带宽为96％，具有高频插入损耗低的优点。