微带线经常用于微波电路中,共面波导和其他传输线因其独特的优势也会在微波电路系统中出现。因而设计者需要研究和设计微带线到微带线,微带线到共面波导(CPW)等过渡结构。设计的中心思想是要降低传输损耗,实现较好的阻抗匹配和较宽的带宽。与此同时,还要尽量缩小其结构,实现高集成度。
目前设计的微带线到微带线的过渡结构一般通过三种方式来实现:第一种过渡结构是通过槽耦合实现上层和下层微带线过渡,呈现带通特性[4]-[9]。很多前辈对这种方式进行了研究,1993年Tran M.研究了在微带线的公共地板上开矩形槽实现过渡性能。1996年Antar Y. M. M.分析了微带线与槽线的摆放角度与过渡性能的关系。1999年Zhu L.通过四分之一波长的电磁耦合实现宽带过渡,在公共地板上开了长度为四分之一的矩形槽。第二种结构呈现带通的性能,是基于腔体耦合实现上层和下层的过渡[10]-[12],其基本结构是在上下层微带线对应的地板上开一个耦合槽,上下层微带线的开路支节距离耦合槽四分之一波长,在上下层微带线的地板之间夹着一个腔体,可以选择空气腔体也可是介质腔体,腔体的形状可以是矩形的也可以是圆形的。第三种方式是通过金属通孔实现上层和下层微带线的过渡结构[1]-[3],这种结构具有宽频带低损耗的特点。图1.2显示了微带线到微带线的几种垂直过渡结构。
图1.2微带线-微带线垂直过渡结构的几种常见的过渡形式(a)基于金属通孔的过渡;(b)基于槽耦合的过渡;(c)基于腔体耦合的过渡
这里涉及的过渡结构的微带线和共面波导位于同一介质基片上,分别位于介质基片的两侧。过渡的实现方式主要有如下三种方式:一、基于电磁耦合实现过渡[14]-[16]。基于电磁耦合的过渡可以等效为不等宽的四分之一波长平行耦合线,呈带通特性。1989年Burke J. J.分析了基于四分之一波长电磁耦合的微带线-共面波导过渡结构,分析结果表明增加共面波导两边的槽线的宽度可以增加耦合强度,在宽频带内可以获得良好的阻抗匹配。为了增加过渡结构的带宽和通带阻抗匹配性能,1996年Strauss G.在基于电磁耦合的微带线-共面波导过渡结构中的微带线部分加入了微带匹配电路。2004年Zhu L.分析了基于电磁耦合的微带线-共面波导过渡结构,分析结果表明,增加耦合区域的微带线和共面波信号线的宽度可以增加过渡结构的带宽。二、基于微带线-槽线过渡实现过渡[17]-[19]。基于微带线-槽线过渡的结构,其带宽特性取决于微带支节和槽线支节的特性阻抗值,且带宽的中心频率易根据调节微带支节和槽线支节的长度而改变。1999年Ellis T. J.提出了基于微带线-槽线过渡实现微带线-共面波导过渡结构,其基本结构为微带线的电磁信号经过与共面波导开路端的槽线交叉处耦合到共面波导上,微带线开路支节超过槽线四分之一波长。2001年Lin T. H.提出了基于一对微带线-槽线过渡实现了宽带微带线-共面波导过渡结构,微带线开路支节和槽线短路支节均为扇形,且长度为四分之一波长,其面波导是短路的。2008年Baik J. W.也提出了基于一对微带线-槽线过渡实现的过渡结构,采用的微带支节和槽线支节均为均匀的,长度均为四分之一波长,给出了相应的等效电路,并且用传输线理论进行了分析,两个微带开路支节的特性阻抗值是微带馈线的2倍。三、基于金属通孔实现过渡[13][34][35]]。在基于金属通孔的过渡结构中,金属通孔等效为串联电感,具有低通特性。这一类过渡结构具有宽频带低损耗特性,可采用PCB和LTCC工艺加工,然而,随频率的升高,金属通孔会产生寄生效应,过渡性能变差并且加工起来也较为复杂。
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