CN106033830A - 一种宽带垂直过渡器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带垂直过渡器，该宽带垂直过渡器采用两层或多层介质板结构，包括：在所述两层或多层介质板结构的层间的公共地上设置的一条形状规则的槽线谐振器；在所述两层或多层介质板结构的顶层设置的一条微带线谐振器；以及在所述两层或多层介质板结构的底层设置的一条微带线谐振器；其中，所述设置于顶层的微带线谐振器和所述设置于底层的微带线谐振器均与所述公共地上的槽线谐振器垂直，二者相对于公共地在垂直方向上是完全一致并且对称的。本发明提供的宽带垂直过渡器，不仅具备宽带传输特性，而且可以实现带内三个传输极点的滤波响应。其设计原理清晰明了，结构简单，易于制作，成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及的是宽带以及超宽带通信***应用，准确地说是使用双层介质或者多层介质结构设计的射频或者微波集成电路，尤其是一种宽带垂直过渡器。
背景技术
通常对于需要使用先进多层制作工艺的射频集成电路和微波集成电路来说，研究以及开发具有宽频带特性的宽带垂直过渡器是十分必要的。垂直过渡器是一个关键的元件，它可以用来实现射频或者微波信号从一层转移到另外一层，并且在一个较宽的频带内保持几乎无损耗的传输。
目前研发的宽带垂直过渡器主要有以下三种：过孔耦合式过渡器、腔体耦合式过渡器和缝隙耦合式过渡器，其中：
过孔耦合式过渡器是通过金属通孔把不同层的上下垂直的两个带状金属导体连接在一起。但是，由于金属通孔的电感效应，这类过渡器的***损耗随着频率增长而变大。
对于腔体耦合式过渡器，虽然宽频特性能够实现，但是加工费用比较高昂，而且利用腔体谐振器设计不同形状结构的缝隙来实现多层结构的微带线-微带线过渡器存在一定难度。
缝隙耦合式过渡器是利用公共地上一个较宽的缝隙直接跟上下两层的片状微带线耦合，可以实现一个较宽的过渡器。但是，这类过渡器所展现的特性类似一个双极点带通滤波器而且带内特性比较差。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的目的旨在提供一种宽带垂直过渡器，以在具备宽带传输特性的同时，实现带内三个传输极点的滤波响应。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种宽带垂直过渡器，该宽带垂直过渡器采用两层或多层介质板结构，包括：在所述两层或多层介质板结构的层间的公共地上设置的一条形状规则的槽线谐振器；在所述两层或多层介质板结构的顶层设置的一条微带线谐振器；以及在所述两层或多层介质板结构的底层设置的一条微带线谐振器；其中，所述设置于顶层的微带线谐振器和所述设置于底层的微带线谐振器均与所述公共地上的槽线谐振器垂直，二者相对于公共地在垂直方向上是完全一致并且对称的。
上述方案中，利用所述设置于顶层的微带线谐振器和所述设置于底层的微带线谐振器二者相对于公共地在垂直方向上是完全一致并且对称的设计结构，该宽带垂直过渡器能够被设计成中心对称馈电结构和偏移中心对称馈电结构。
上述方案中，对于中心对称馈电结构的宽带垂直过渡器，顶层与底层的微带线谐振器垂直地与公共地上的槽线谐振器相互耦合，并且顶层与底层的微带线谐振器对于公共地上的槽线谐振器是中心对称的。所述设置于顶层的微带线谐振器和所述设置于底层的微带线谐振器分别具有两段，其中一段用以连接该宽带垂直过渡器的激励端口，另一段用以与槽线谐振器进行电磁耦合，且用以与槽线谐振器进行电磁耦合的微带谐振器的长度为该宽带垂直过渡器工作频率的四分之一波长。
上述方案中，对于偏移中心对称馈电结构的宽带垂直过渡器，顶层与底层的微带线谐振器偏移槽线谐振器的中心位置。所述设置于顶层的微带线谐振器和所述设置于底层的微带线谐振器分别具有两段，其中一段用以连接该宽带垂直过渡器的激励端口，另一段用以与槽线谐振器进行电磁耦合，且用以与槽线谐振器进行电磁耦合的微带谐振器的长度为该宽带垂直过渡器工作频率的四分之一波长。
上述方案中，所述设置于顶层的微带线谐振器和所述设置于底层的微带线谐振器均为50欧姆微带馈源线。
上述方案中，所述槽线谐振器是半波长的槽线谐振器。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的宽带垂直过渡器，利用槽线谐振器的第一个谐振模和另外通过微带线-槽线-微带线耦合结构所激励起来的两个谐振模来设计一个宽带垂直微带线-微带线过渡器。对于这类微带线-槽线-微带线耦合结构设计的垂直过渡器，它能够实现带内具有三个传输极点的宽频工作特性，并能通过多个传输零点获取高衰减度的带外抑制效果。
2、本发明提供的宽带垂直过渡器，通过微带线谐振器与槽线谐振器之间的电磁耦合，利用公共地上的槽线谐振器的一个谐振模和另外顶层和底层开路微带线谐振器所提供的两个谐振模，可以实现一个从顶层微带线到底层微带线的带有三个传输极点的宽频信号传输。本发明设计两种不同馈电结构的宽带垂直过渡器，包括中心馈电和偏移中心馈电两种结构。对比这两种不同馈电结构的宽带垂直过渡器，使用偏移中心馈电的过渡器通过利用多个传输零点可以获取高衰减度的带外抑制特性。
3、本发明提供的宽带垂直过渡器，是一种宽带垂直微带线-微带线过渡器，不仅具备宽带传输特性，而且可以实现带内三个传输极点的滤波响应。其设计原理清晰明了，结构简单，易于制作，成本低廉。这类垂直微带线-微带线过渡器可以很好的应用于现代射频以及微波集成电路，尤其是宽带以及超宽带***电路的设计。
附图说明
图1是本发明提供的中心对称馈电结构的宽带垂直过渡器的三维结构示意图；其中，1(1)和1(2)分别是激励端口，2(1)和2(2)分别是底层和顶层50欧姆微带馈源线，3是公共地的槽线谐振器，4是中间层的公共地。
图2是本发明提供的中心对称馈电结构的宽带垂直过渡器的平面电路图；其中，1(1)和1(2)分别是激励端口，2是微带线谐振器，3是公共地的槽线谐振器。
图3是本发明提供的中心对称馈电结构的宽带垂直过渡器的理论频谱图。
图4是本发明提供的偏移中心对称馈电结构的宽带垂直过渡器的平面电路图；其中，1(1)和1(2)分别是激励端口，2是微带线谐振器，3是公共地的槽线谐振器。
图5是本发明提供的偏移中心对称馈电结构的宽带垂直过渡器的理论频谱图。
图6是依照本发明实施例的中心对称馈电结构的宽带垂直过渡器的尺寸示意图。
图7是图6所示的宽带垂直过渡器的理论、仿真以及测试结果的对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明是利用槽线谐振器的第一个谐振模和另外通过微带线-槽线-微带线耦合结构所激励起来的两个谐振模来设计一个宽带垂直微带线-微带线过渡器。对于一个两层或者多层介质板的结构，通过利用公共地上的槽线谐振器与顶层和底层微带线谐振器电磁耦合形成一个宽带垂直过渡器。
如图1所示，图1是本发明提供的中心对称馈电结构的宽带垂直过渡器的三维结构示意图，该宽带垂直过渡器采用两层或多层介质板结构，包括：在所述两层或多层介质板结构的层间的公共地4上设置的一条形状规则的槽线谐振器3；在所述两层或多层介质板结构的顶层设置的一条微带线谐振器2(2)；以及在所述两层或多层介质板结构的底层设置的一条微带线谐振器2(1)；其中，所述设置于顶层的微带线谐振器2(2)和所述设置于底层的微带线谐振器2(1)均与所述公共地4上的槽线谐振器3垂直，二者相对于公共地4在垂直方向上是完全一致并且对称的。
对于采用两层介质板结构的宽带垂直过渡器，公共地4位于这两层介质板结构之间；对于采用多层介质板结构的宽带垂直过渡器，公共地4位于该多层介质板结构中任意两层介质板结构之间。
图1所示的中心对称馈电结构的宽带垂直过渡器，利用设置于顶层的微带线谐振器2(2)和设置于底层的微带线谐振器2(1)二者相对于公共地4在垂直方向上是完全一致并且对称的设计结构，分别设计了中心馈电和偏移中心馈电两种不同结构的垂直过渡器，即本发明提供的宽带垂直过渡器具有中心对称馈电结构和偏移中心对称馈电结构。
在本发明的实施例中，设置于顶层的微带线谐振器和设置于底层的微带线谐振器均采用50欧姆微带馈源线，槽线谐振器是采用半波长的槽线谐振器。
对于形状规则的槽线谐振器，通过利用它与顶层和底层微带线谐振器的电磁耦合，所产生的宽频信号传输的第一个与第三个模式能够被激发并且使用。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，对于中心对称馈电结构的宽带垂直过渡器，顶层与底层的微带线谐振器2垂直地与公共地上的槽线谐振器3相互耦合，并且顶层与底层的微带线谐振器2对于公共地上的槽线谐振器3是中心对称的，即图2中θs为槽线谐振器3电长度的二分之一。设置于顶层的微带线谐振器和设置于底层的微带线谐振器分别具有两段，其中一段用以连接该宽带垂直过渡器的激励端口1(1)或1(2)，另一段(图2中θm所示)用以与槽线谐振器3进行电磁耦合，且用以与槽线谐振器3进行电磁耦合的微带谐振器的长度大致为该宽带垂直过渡器工作频率的四分之一波长。
图3为当选择槽线谐振器的特性阻抗大于50欧姆时，所设计的中心对称馈电的垂直过渡器的归一化理论频谱图。图3中虚线为槽线滤波器的谐振模，实线为S-参数曲线，其中S11为反射系数，S21为传输系数。本发明利用顶层与底层上的微带馈源线对公共地的规则槽线谐振器中心对称馈电结构设计一个具有三个传输极点的宽带滤波响应的垂直微带线-微带线过渡器。明显地，通过利用槽线谐振器的一个谐振模与另外两个微带线谐振器与槽线谐振器耦合产生的谐振模，可以设计得到带有三个传输极点的滤波响应的宽带或超宽带垂直过渡器。
对于使用偏移中心馈电结构的垂直过渡器，通过利用顶层与底层50欧姆微带线谐振器对公共地上的槽线谐振器偏移馈电，可以实现多个传输零点从而使所设计的宽带垂直过渡器具有高衰减度的带外抑制特性。
在本发明的另一个实施例中，如图4所示，对于偏移中心对称馈电结构的宽带垂直过渡器，顶层与底层的微带线谐振器2偏移槽线谐振器3的中心位置，即图4中θs1≠θs2。设置于顶层的微带线谐振器和设置于底层的微带线谐振器分别具有两段，其中一段用以连接该宽带垂直过渡器的激励端口1(1)或1(2)，另一段(图4中θm所示)用以与槽线谐振器3进行耦合，且用以与槽线谐振器3进行耦合的微带谐振器的长度为该宽带垂直过渡器工作频率的四分之一波长。
与图3类似，当选择槽线谐振器的特性阻抗大于50欧姆时，所设计的偏移中心对称馈电的垂直过渡器的归一化理论频谱数据显示在图5中。图5中虚线为槽线滤波器的谐振模，实线为S-参数曲线，其中S11为反射系数，S21为传输系数。本发明利用顶层与底层上的微带馈源线对公共地的规则槽线谐振器偏移中心馈电结构设计一个具有三个传输极点的宽带滤波响应的垂直微带线-微带线过渡器并且较宽的带外抑制特性。
对于偏移中心对称馈电的垂直过渡器，从图5中可以观察到对应的谐振模可以产生两个带外传输零点，并且中间寄生谐振模位于过渡器工作频率的二倍频位置。通过使用偏移中心对称馈电的结构，不仅可以利用槽线谐振器的一个谐振模与另外两个微带线谐振器与槽线谐振器耦合产生的谐振模，设计得到带有三个传输极点的滤波响应的宽带或超宽带垂直过渡器；而且还可以通过所取得三个传输零点扩大带外抑制特性。
测试与仿真结果
为了验证之前理论分析以及预测的结果，在此制作并测试了中心对称馈电的垂直微带线-微带线过渡器。如图6所示为所制作的中心对称馈电的垂直微带线-微带线过渡器的尺寸示意图。其中，槽线谐振器的尺寸为长9.8mm，宽0.4mm；微带谐振器采用50欧姆微带馈源线，宽度为0.55mm；用以与槽线谐振器进行电磁耦合的微带谐振器的长度为4.75mm。
图6所示的是基于混合微带线/槽线谐振器结构设计的宽带垂直微带线-微带线过渡器，所设计的宽带垂直微带线-微带线过渡器包含三层结构，其中顶层和底层是开路的50欧姆微带线谐振器，中间层是设计在公共地上的槽线谐振器。通过微带线谐振器与槽线谐振器的耦合关系，利用公共地上的槽线谐振器的一个谐振模和另外顶层和底层开路微带线谐振器所提供的两个谐振模，可以实现一个从顶层微带线到底层微带线的带有三个传输极点的宽频信号传输特性。本发明设计了两种不同馈电结构的宽带垂直过渡器，包括中心馈电和偏移中心馈电两种结构。对比这两种不同馈电结构的宽带垂直过渡器，使用偏移中心馈电的过渡器通过利用多个传输零点可以获取高衰减度的带外抑制特性。
图7是图6所示的宽带垂直过渡器关于理论、仿真以及测试结果的三组数据的对比，具体参数对比如表1所示。通过对比这三组数据，可以得到测试结果跟预先的理论预测数据以及仿真结果是十分吻合的。本发明设计的中心对称馈电的垂直微带线-微带线过渡器不仅具备宽带信号传输能力，而且能够实现传输带内三个传输极点的滤波响应。
表1
通过上述对比可以看出，本发明提供的宽带垂直微带线-微带线过渡器，是对于一个两层或者多层介质板的结构，通过利用公共地上的槽线谐振器与顶层和底层微带线谐振器电磁耦合形成一个宽带垂直过渡器。该宽带垂直过渡器不仅具备宽带传输特性，而且可以实现带内三个传输极点的滤波响应。其设计原理清晰明了，结构简单，易于制作，成本低廉。这类垂直微带线-微带线过渡器可以很好的应用于现代射频以及微波集成电路，尤其是宽带以及超宽带***电路的设计。
在实际应用中，本发明还可以通过改变槽线谐振器的形状结构，移动和变化使用槽线与微带线谐振器的谐振模式，实现并设计各种可调整带宽的宽带垂直微带线-微带线过渡器。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种宽带垂直过渡器，该宽带垂直过渡器采用两层或多层介质板结构，包括：
在所述两层或多层介质板结构的层间的公共地上设置的一条形状规则的槽线谐振器；
在所述两层或多层介质板结构的顶层设置的一条微带线谐振器；以及
在所述两层或多层介质板结构的底层设置的一条微带线谐振器；
其中，所述设置于顶层的微带线谐振器和所述设置于底层的微带线谐振器均与所述公共地上的槽线谐振器垂直，二者相对于公共地在垂直方向上是完全一致并且对称的。
2.根据权利要求1所述的宽带垂直过渡器，其中，利用所述设置于顶层的微带线谐振器和所述设置于底层的微带线谐振器二者相对于公共地在垂直方向上是完全一致并且对称的设计结构，该宽带垂直过渡器能够被设计成中心对称馈电结构和偏移中心对称馈电结构。
3.根据权利要求2所述的宽带垂直过渡器，其中，对于中心对称馈电结构的宽带垂直过渡器，顶层与底层的微带线谐振器垂直地与公共地上的槽线谐振器相互耦合，并且顶层与底层的微带线谐振器对于公共地上的槽线谐振器是中心对称的。
4.根据权利要求3所述的宽带垂直过渡器，其中，所述设置于顶层的微带线谐振器和所述设置于底层的微带线谐振器分别具有两段，其中一段用以连接该宽带垂直过渡器的激励端口，另一段用以与槽线谐振器进行电磁耦合，且用以与槽线谐振器进行电磁耦合的微带谐振器的长度为该宽带垂直过渡器工作频率的四分之一波长。
5.根据权利要求2所述的宽带垂直过渡器，其中，对于偏移中心对称馈电结构的宽带垂直过渡器，顶层与底层的微带线谐振器偏移槽线谐振器的中心位置。
6.根据权利要求5所述的宽带垂直过渡器，其中，所述设置于顶层的微带线谐振器和所述设置于底层的微带线谐振器分别具有两段，其中一段用以连接该宽带垂直过渡器的激励端口，另一段用以与槽线谐振器进行电磁耦合，且用以与槽线谐振器进行电磁耦合的微带谐振器的长度为该宽带垂直过渡器工作频率的四分之一波长。
7.根据权利要求1所述的宽带垂直过渡器，其中，所述设置于顶层的微带线谐振器和所述设置于底层的微带线谐振器均为50欧姆微带馈源线。
8.根据权利要求1所述的宽带垂直过渡器，其中，所述槽线谐振器是半波长的槽线谐振器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161019 |