CN101123422A

CN101123422A - 不连续传输线结构

Info

Publication number: CN101123422A
Application number: CNA2007101291201A
Authority: CN
Inventors: 王钊伟; 马自庄; 杨成发
Original assignee: Yuenfoong Yu Radio Frenquency Identification Technology Co Ltd
Current assignee: Yuenfoong Yu Radio Frenquency Identification Technology Co Ltd
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2007-07-11
Publication date: 2008-02-13
Also published as: TW200824182A

Abstract

本发明公开了一种不连续传输线结构。该不连续传输线结构包含：输入传输线；输出传输线；多个弯曲的电感元件，串联耦接在该输入传输线与该输出传输线之间；以及多个并联接地电容元件，耦接在该弯曲的电感元件之间。上述不连续传输线具有高电感值和高电容值，可以通过增加传输线负载电感值和电容值有效减少尺寸，且能保持不连续传输线的特征阻抗不变。

Description

不连续传输线结构

技术领域

本发明涉及一种不连续传输线结构，特别涉及一种具有交替高电感性与高电容性元件的不连续传输线结构。

背景技术

随着移动通信的普及，为了正确与移动用户进行通信，具有波束扫描的相位阵列天线更显其重要性。同样的在射频辨识(Radio FrequencyIdentification RFID)系统中，移动式仓储系统及运输带上货物检测的应用，均可利用具有波束扫描的相位阵列天线读取器，以提升RFID读取器的工作效能。将Butler Matrix控制电路应用于相位阵列天线中，可利用其精准控制输入信号大小与相位的优点，达成具有波束扫瞄的相位阵列天线。故将ButlerMatrix应用于RFID系统，可提升其效能。

Butler Matrix相位阵列天线控制电路中包含3-dB支线耦合器(3-dBbranch line coupler)、0-dB交越线(0-dB crossover)以及作为相位调整的用的传输线，由于3-dB支线耦合器具有相位控制及功率分配的功用，故广泛应用于微波电路设计上，是为Butler Matrix电路的关键元件。

将Butler Matrix相位阵列天线控制电路应用于RFID系统中，由于RFID系统操作于900MHz会有电路面积太大的缺点，故可使用不连续传输线的技术缩小电路面积。由传输线理论可知，无损耗传输线的特征阻抗、相速度及导波波长为

Z_{0} = \sqrt{(L / C)}

v_{P} = 1 / \sqrt{(LC)}

λ＝v_P/f

其中，Z₀为特征阻抗，L为传输线的单位长度电感值，C为传输线的单位长度电容值，v_p为电磁波于传输线内的相速度，f为电磁波的频率，λ为电磁波的导波波长。当传输线的电感与电容成份等比例增加，其特征阻抗不变则相速度会变小，此时传输线的导波波长将随之缩小。利用上述观念，只要将传输线的电感与电容成份等比例增加，便可缩小电路尺寸。

请参阅图1，显示具有高电感性与高电容性元件交互组合的不连续传输线100。此不连续传输线100由输入传输线110、输出传输线120、多个电感元件L与多个电容元件(如C₁与C₂)所组成，这些元件是由位于基板101上的金属板所形成，多个电感元件L串联在输入传输线110与输出传输线120之间，在每两个电感元件之间连接一对并联接地电容元件(如C₁与C₂)，而且此对电容元件连接在电感元件L的两侧。电感元件L以不连续方式串联在输入传输线110与输出传输线120之间可提高不连续传输线100的单位长度电感值，电容元件以并联方式连接在输入传输线110与输出传输线120之间可提高不连续传输线100的单位长度电容值。电感元件与电容元件需交替串接在输入传输线110与输出传输线120之间。

该设计若应用于900MHz RFID系统中，则其具有90度相位移的传输线，且尺寸必须达到30.8mm×4mm。在一个4×4Butler Matrix相位阵列天线控制电路之中，必须使用四个包含四段不连续传输线的3-dB支线耦合器、两组包含两个3-dB支线耦合器的0-dB交越线、两段调整相位用的45度传输线，故至少需要使用34段具有90度或45度相位移的不连续传输线。故若此不连续传输线的尺寸过大，将会造成Butler matrix相位阵列天线的体积过于庞大，以至于不容易安装使用，并造成额外损耗。

故本发明提出可同时增加传输线单位长度的电感及电容元件值，在维持特征阻抗不变下，有效降低相速度以便缩小电路尺寸的方法。

发明内容

有鉴于此，需要提供一种不连续传输线结构，其具有高单位长度的电感值和高单位长度的电容值，可以通过增加传输线负载电感值和电容值有效减少尺寸，且能保持不连续传输线的特征阻抗不变。

本发明的一个目的是提供一种不连续传输线结构，其包含：输入传输线；输出传输线；多个弯曲的电感元件，串联耦接在该输入传输线与该输出传输线之间；以及多个并联接地电容元件，耦接在该弯曲的电感元件之间。

本发明的另一目的是提供一种不连续传输线结构，以给定的特征阻抗提供相位延迟。该不连续传输线结构包括：输入信号经由该不连续传输线后获得输出信号，该不连续传输线包含：输入传输线；输出传输线；以及电感电容组合电路，串联在该输入传输线与该输出传输线之间，其中该电感电容组合电路包括多个弯曲的电感元件，以及多个并联接地电容，耦接至该些弯曲的电感元件之间，其中，该相位延迟由该些弯曲的电感元件以及该些并联接地电容决定。

上述不连续传输线结构，由于具有多个弯曲的电感元件以及多个并联接地电容，因此，该不连续传输线可以通过增加传输线负载电感值和电容值有效减少尺寸，且能保持不连续传输线的特征阻抗不变。换句话说，该不连续传输线具有在小尺寸下宽范围变化的特征阻抗值，从而可以抑制宽频率范围的高频噪音信号。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是根据已知技术，显示不连续传输线的实际设计图。

图2A是根据本发明的第一具体实施例，显示不连续传输线的等效电路图。

图2B是根据本发明的第一具体实施例，显示不连续传输线的实际设计图。

图3A是根据本发明的第二具体实施例，显示不连续传输线的等效电路图。

图3B是根据本发明的第二具体实施例，显示不连续传输线的实际设计图。

图4A是根据本发明的第三具体实施例，显示不连续传输线的等效电路图。

图4B是根据本发明的第三具体实施例，显示不连续传输线的实际设计图。

图5A是根据本发明的第四具体实施例，显示不连续传输线的等效电路图。

图5B是根据本发明的第四具体实施例，显示不连续传输线的实际设计图。

图6是根据本发明的第五具体实施例，显示不连续传输线的等效电路图。

附图标记说明

L₁、L₂、L₃、L₄、L₅：弯曲的电感元件

C_p11、C_p12、C_p21、C_p22、C_p31、C_p32、C_p41、C_p42、C_p1、C_p2、C_p3、C_p4、C_p5、C_p6、C_P7、C_p8：并联接地电容

C_g1、C_g2、C_g3、C_g4、C_g5、C_g6、C₁、C₂：串联电容

V_IN：输入端 V_OUT：输出端

200、300、400、500：不连续传输线

201、301、401、501：基板

210、310、410、510：输入传输线

220、320、420、520：输出传输线

具体实施方式

请参阅图2A，是根据本发明的第一具体实施例所显示的不连续传输线结构的等效电路图。此不连续传输线结构包括电感电容组合电路，其包含多个电感元件L₁、L₂、L₃、L₄、L₅，以及多个并联接地电容元件C_p11，C_p12，C_p21，C_p22，C_p31，C_p32，C_p41，C_p42。多个电感元件L₁、L₂、L₃、L₄、L₅串联在输入端V_IN与输出端V_OUT之间。一对并联接地电容元件C_p11与C_p12连接在两个电感元件L₁与L₂之间。相同地，在电感元件L₂与L₃之间连接一对接地电容元件C_p21与C_p22；在电感元件L₃与L₄之间连接一对接地电容元件C_p31与C_p32；在电感元件L₄与L₅之间连接一对接地电容元件C_p41与C_p42。并联接地电容元件C_p11，C_p12，C_p21，C_p22，C_p31，C_p32，C_p41，C_p42的一端连接相应的电感元件L₁、L₂、L₃、L₄、L₅，另一端则接地。

请参阅图2B，是根据本发明的第一具体实施例，依照图2A的等效电路图设计不连续传输线200。在基板201之上以金属板形成电感元件L₁、L₂、L₃、L₄、L₅与电容元件C_p11，C_p12，C_p21，C_p22，C_p31，C_p32，C_p41，C_p42。此不连续传输线200包括输入传输线210、输出传输线220，电感元件L₁、L₂、L₃、L₄、L₅串联在输入传输线210与输出传输线220之间。每个电感元件L₁、L₂、L₃、L₄、L₅均是弯曲的，因此称为弯曲的电感元件。每两个电感元件之间对称连接一对并联接地电容元件，每对并联接地电容元件的外观为金属平板。根据本发明的具体实施例，输入传输线210与输出传输线220为微带线(microstrip)，电感元件L₁、L₂、L₃、L₄、L₅为利用弯曲的金属线所构成，故具有较高的电感值，而电容元件C_p11，C_p12，C_p21，C_p22，C_p31，C_p32，C_p41，C_p42为大面积的金属板所构成，该电容元件C_p11，C_p12，C_p21，C_p22，C_p31，C_p32，C_p41，C_p42的金属板连接电感元件L₁、L₂、L₃、L₄、L₅的弯曲的金属线，而以基板201为接地端，作为电容元件的另一电极板，以提高电容元件的电容值，或者在基板201的另一面覆盖接地金属板，以形成基板201的接地端。

根据本发明的第一具体实施例，利用弯曲的金属线构成电感元件可以得到较大的电感值，搭配大面积电极板所构成的并联接地电容元件，可有效降低相速度，达成缩小不连续传输线的面积。

请参阅图3A，是根据本发明的第二具体实施例所显示不连续传输线的等效电路图。类似于本发明的第一具体实施例，第二具体实施例包括电感电容组合电路，其包含多个弯曲的电感元件L₁、L₂、L₂、L₄、L₅与并联接地电容元件C_p11，C_p12，C_p21，C_p22，C_p31，C_p32，C_p41，C_p42。在输入端V_IN与输出端V_OUT之间串联多个电感元件L₁、L₂、L₃、L₄、L₅，在两个电感元件L₁与L₂之间连接一对并联接地电容元件C_p11与C_p12。相同地，在电感元件L₂与L₃之间连接一对并联接地电容元件C_p21与C_p22；在电感元件L₃与L₄之间连接一对并联接地电容元件C_p31与C_p32；在电感元件L₄与L₅之间连接一对并联接地电容元件C_p41与C_p42。并联接地电容元件C_p11，C_p12，C_p21，C_p22，C_p31，C_p32，C_p41，C_p42的一端连接相应的电感元件L₁、L₂、L₃、L₄、L₅，另一端则接地。

根据本发明的第二具体实施例，电感电容组合电路还包括多个串联电容元件C_g1，C_g2，C_g3，C_g4，C_g5，C_g6。在电感元件L₂的两侧，另外对称连接一对串联电容元件C_g1与C_g2，并与电感元件L₂形成并联电路。此结构具有低通滤波器的效果，此串联电容元件C_g1与C_g2可与L₂共同提供拒带(stop band)传输零点(transmission zero)，用以提升电路频率选择性(frequency selectivity)，优良的频率选择性将可进一步抑制高频杂讯信号的通过。相同地，电感元件L₃并联于一对串联电容元件C_g3与C_g4，电感元件L₄并联于一对串联电容元件C_g5与C_g6。

请参阅图3B，是根据本发明的第二具体实施例，显示不连续传输线结构300的实际设计图。类似于本发明的第一具体实施例，第二具体实施例在基板301之上以金属板形成输入传输线310、输出传输线320、弯曲的串联电感元件L₁、L₂、L₃、L₄、L₅与并联接地电容元件C_p11、C_p12、C_p21、C_p22、C_p31、C_p32、C_p41、C_p42。在第二具体实施例之中，每对并联接地电容元件C_p11、C_p12、C_p21、C_p22、C_p31、C_p32、C_p41、C_p42的外观为“I”形，多个弯曲的串联电感元件L₂、L₃、L₄设置在多个“I”形之间。更详细来说，每个串联电感元件L₂、L₃、L₄设置在两个“I”形之间。如此，可以增加并联接地电容元件C_p11、C_p12、C_p21、C_p22、C_p31、C_p32、C_p41、C_p42的电容值，搭配用弯曲的线所构成的串联电感元件，可以降低相速度，且缩小不连续传输线的电路面积。串联接地电容C_g1，C_g2，C_g3，C_g4，C_g5，C_g6由基板301之上的金属板形成。在实际的工艺中，串联接地电容C_g1，C_g2，C_g3，C_g4，C_g5，C_g6可以由相邻并联接地电容元件C_p11、C_p12、C_p21、C_p22、C_p31、C_p32、C_p41、C_p42耦合而成。例如，电容元件C_p11与C_p21的金属板形成串联电容元件C_g1的两个电极，并以基板301及空气共同作为介电层。相同地，电容元件C_p21与C_p31的金属板成为串联电容元件C_g3的两个电极，电容元件C_p31与C_p41的金属板成为串联电容元件C_g5的两个电极，电容元件C_p12与Cp₂₂的金属板成为串联电容元件C_g2的两个电极，电容元件C_p22与C_p32的金属板成为串联电容元件C_g4的两个电极板，电容元件C_p32与C_p42的金属板成为串联电容元件C_g6的两个电极。这些串联电容C_g1，C_g2，C_g3，C_g4，C_g5，C_g6可提供拒带传输零点，有助于提升电路频率选择性。

由于并联接地电容元件C_p11、C_p12、C_p21、C_p22、C_p31、C_p32、C_p41、C_p42与串联电感元件L₁、L₂、L₃、L₄、L₅按如上所述的方式结合，因此，第二具体实施例可以降低相速度、缩小不连续传输线的电路面积。

请参阅图4A，是根据本发明的第三具体实施例所显示不连续传输线结构的等效电路图，此等效电路图相同于第二具体实施例的等效电路图，但在图4B中，显示本发明的第三具体实施例不连续传输线结构400的实际设计图。与第二具体实施例相比，在第三具体实施例中，两个相邻“I”形的并联接地电容的两端系如图4B所示的指插形。在基板401上以金属板形成输入传输线410、输出传输线420与多个弯曲的串联电感元件、并联接地电容元件C_p11，C_p12，C_p21，C_p22，C_p31，C_p32，C_p41，C_p42与串联电容元件C_g1，C_g2，C_g3，C_g4，C_g5，C_g6，其中电感元件、并联接地电容元件C_p11，C_p12，C_p21，C_p22，C_p31，C_p32，C_p41，C_p42与串联电容元件C_g1，C_g2，C_g3，C_g4，C_g5，C_g6与前述的实施例相同。与第二具体实施例相比，在第三具体实施例中，两个相邻“I”形的并联接地电容的两端系如图4B所示的指插形。该指插形形成串联电容元件C_g1，C_g2，C_g3，C_g4，C_g5，C_g6，彼此互相交错以增加串联电容元件的电极板面积，藉以增加串联电容元件的电容值，此设计除可提升电路带拒频率选择效能，对并联接地电容量亦有少许贡献。

请参阅图5A，是根据本发明的第四具体实施例所显示的不连续传输线结构的等效电路图。第四具体实施例的不连续传输线结构包括电感电容组合电路，其包含多个电感元件L₁、L₂、L₃，并联接地电容元件C_p11，C_p12，C_p21，C_p22，以及串联电容元件C_g1，C_g2。在输入端与输出端之间，串联多个电感元件L₁、L₂、L₃，在两个电感元件L₁与L₂之间并联一对接地电容元件C_p11与C_p12；相同地，在电感元件L₂与L₃之间并联一对接地电容元件C_p21与C_p22。每个并联接地电容元件C_p11，C_p12，C_p21，C_p22一端连接对应的电感元件L₁、L₂、L₃，另一端则接地；根据本发明的第四具体实施例，在电感元件L₂的两侧，对称连接一对串联电容元件C_g1与C_g2，其中串联电容元件C_g1是连接电容元件C_p11与C_p21的一端而并联于电感元件L₂，串联电容元件C_g2系连接电容元件C_p12与C_p22的一端而并联于电感元件L₂，而串联电容元件C_g1与C_g2与电感元件L₂所形成的共振器可提供传输零点，增加电路频率选择性。

请参阅图5B，是根据本发明的第四具体实施例，显示不连续传输线结构500的实际设计图，其类似于第二具体实施例与第三具体实施例的结合。在基板501上以金属板形成输入传输线510、输出传输线520、弯曲的串联电感元件L₁、L₂、L₃与并联接地电容元件C_p11、C_p12、C_p21、C_p22。相邻的并联接地电容元件的一侧为指插形以形成串联电容，即电容元件C_p11与C_p21的金属板成为串联电容元件C_g1的两个电极，并以基板501及空气共同为介电层，故电容元件C_p12与C_p22的金属板成为串联电容元件C_g2的两个电极板。本发明的第四具体实施例类似于第三具体实施例。

根据本发明的第四具体实施例，电感元件L₁、L₂与L₃为弯曲的金属线，相较于第三具体实施例，则增加每一个电感元件的曲折度，有效提高每一个电感元件的电感值，再者，增大电容元件的金属板面积，以提高电容元件的电容值。因不连续传输线结构的电感值与电容值同时提高，故进一步缩小不连续传输线结构的尺寸。

请参阅图6，是本发明的第五具体实施例的不连续传输线结构的等效电路图。在第五具体实施例中，不连续传输线结构包括电感电容组合电路，其包含多个弯曲的电感元件L₁、L₂、L₃，多个并联接地电容元件C_p1、C_p2、C_p3、C_p4、C_p5、C_p6、C_p7、C_p8、C₁₁、C₁₂、C₁₃、C₁₄，以及串联电容C₁、C₂。多个弯曲的电感元件L₁、L₂、L₃串联在不连续传输线的输入端与输出端之间。弯曲的电感元件L₂的两端分别对称并联耦接两对并联接地电容元件C_p1、C_p3、C_p5、C_p7和C_p2、C_p4、C_p6、C_p8。串联电容C₁设置在并联接地电容C_p1、C_p2之间，串联电容C₂设置在并联接地电容C_p3、C_p4之间，且串联电容C₁、C₂平行于弯曲的电感元件L₂设置，且由并联接地电容元件C_p1、C_p2、C_p3、C_p4的指插形端形成。并联接地电容元件C_p5、C_p6、C_p7及C_p8由规则的金属板形成。接地电容元件C_p1、C_p2、C_p3、C_p4、C_p5、C_p6、C_p7及C_p8的一端耦接至弯曲的电感元件L₂，另一端则耦接至接地端。弯曲的电感元件L₁，L₂，L₃代表弯曲线段的电感元件，且弯曲的电感元件L₁，L₃的寄生电容值可计算为并联接地电容C₁₁，C₁₂，C₁₃，C₁₄。并联接地电容C_p5、C_p6、C_p7、及C_p8为小的平行平板电容，其平行于并联接地电容C_p1、C_p2、C_p3、及C_p4。

本发明的具体实施例披露一种不连续传输线结构，此不连续传输线结构系包含多个LC电路，每个LC电路具有高电感值与高电容值，使得信号在经过此不连续传输线后，其相位会被延迟，而经由调整LC电路的组合数目或者LC电路的电容电感值可决定信号的相位延迟度。本发明的具体实施例所披露的不连续传输线，可用于耦合器、相移器、回授线路、不平衡至平衡转换线路，特别是在高频电路中，需要缩小化的高频元件，可使用这种不连续传输线结构来组合高频元件，以缩小元件的尺寸。

此外，本发明具体实施例披露的弯曲的电感元件可以为曲折线段的电感元件，每个曲折线段的电感元件包括多个曲折连接的金属线段，而且，曲折越多，该曲折线段的电感元件能具有更高的电感值。金属板的面积可以增加以获得更高的电容值。

虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种不连续传输线结构，包含：

输入传输线；

输出传输线；

多个弯曲的电感元件，串联耦接在该输入传输线与该输出传输线之间；以及

多个并联接地电容元件，耦接在该弯曲的电感元件之间。

2.如权利要求1所述的不连续传输线结构，还包含多个串联电容元件，耦接在该些并联接地电容元件间，且并联于该些弯曲的电感元件。

3.如权利要求1所述的不连续传输线结构，其中一对该并联接地电容元件位于该些弯曲的电感元件的两侧，每一个该些并联接地电容元件的一端耦接至该些弯曲的电感元件其中之一，另一端则耦接至接地端。

4.如权利要求3所述的不连续传输线结构，其中该对并联接地电容元件的外观为平板。

5.如权利要求3所述的不连续传输线结构，其中该对并联接地电容元件的外观为“I”形。

6.如权利要求5所述的不连续传输线结构，其中该些弯曲的电感元件位于该“I”形之间。

7.如权利要求5所述的不连续传输线结构，还包含多个串联电容，耦接在该些并联接地电容之间且并联于该些弯曲的电感元件，其中该些串联电容由两个相邻的“I”形的两对应端所形成。

8.如权利要求5所述的不连续传输线结构，其中该“I”形的一端为指插形。

9.如权利要求8所述的不连续传输线结构，还包含多个串联电容，耦接在该并联接地电容之间且并联于该些弯曲的电感元件，其中该些串联电容由两个相邻的指插形端所形成。

10.如权利要求1所述的不连续传输线结构，还包含：

基板，用于放置该输入传输线、该输出传输线、该弯曲的电感元件与该并联接地电容元件；以及

接地板，设置于该基板下方。