CN101527381A - 多重连接微带导线及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种多重连接微带导线及其设计方法，利用复数组微带导线以导体线段连接成为电性导通的多重连接微带导线结构，改进许多传统微带导线的特性，避免传统微带导线易受外来的信号与邻近的电磁结构的干扰的缺点；本发明提供以多重连接微带导线来设计比传统微带导线还容易做宽带匹配，降低干扰，与提高Q值，具有传导、馈入/馈出、储存/释放与发射/接收功能的组件的设计方法，供应用在天线、传导线、具有电磁能量储存/释放功能的组件如电感，以及单层或多层介质如集成电路、薄膜晶体管电路、低温或高温共烧陶瓷、印刷线路板、PC软板、纳米碳管等不同的金属、半金属与介电材料上做具有传导、馈入/馈出与发射/接收功能的组件的设计与制造。

Description

多重连接微带导线及其设计方法

技术领域

本发明涉及的是一种微带导线结构及其设计方法，尤指一种利用复数组微带导线(Microstrip lines)以导体线段连接成为一电性导通的多重连接微带导线(multiple-connected micro strip line)结构，使其可改进许多传统微带导线的特性，但仍然保有传统微带导线简单的结构，以增进其使用效率与应用范围。

背景技术

微带导线(Microstrip lines)具有宽带的特性，被广泛地采用为电讯的传导，馈入/馈出，储存/释放与发射/接收的结构已有多年，其范例不胜枚举。最主要的优点是其结构简单，所以容易制作与及其它结构做连接与整合。但也易受外来的信号与邻近的电磁结构的干扰。参考论文如下：

H.A.Wheeler，″Transmission-Line Properties of Parallel Strips Separated by aDielectric Sheet，″IEEE Trans.on Microwave Theory & Techniques，Vol.3，No.3，March 1965，pp.172-185；与

H.A.Wheeler，″Transmission-Line of a Strip on a Dielectric Sheet on a Plane，″IEEE Trans.on Microwave Theory & techniques，Vol.25，No.8，August 1977，pp.631-647。

近年来由于电讯硬件的微型化，从印刷电路PCB到集成电路IC，至于天线的设计，使微带导线的应用受到两个因素的影响，其一是由于微型化，使邻近的电磁结构还接近微带导线，产生干扰；其二是导体截面缩小，不但电阻增加，而且由于表面效应(Skin Effect)，阻抗随着频率而产生变化。这两个因素直接影响到微带导线的应用领域。但是由于微型化的高密度，射频集成电路的非平衡馈入(Unbalance Feeding)，高Q值的集成电路电感(On-Chip Inductor)，微型化天线(Electrical Small Antenna)等需求，微带导线仍然是主要考虑的结构。从下面列举的美国专利如US 6795023B2，US 6891462B2等，可以见到此趋势。

发明内容

本发明主要目的在于，提供一种多重连接微带导线，其是将复数组的微带导线以导体线段连接成为一电性导通的多重连接微带导线(multiple-connectedmicro strip line)结构，使其具有传统微带导线结构简单、容易制作且容易及其它结构做连接与整合的优点，并可改进许多传统微带导线的特性，且避免传统微带导线易受外来的信号与邻近的电磁结构的干扰的缺点，以增进其使用效率与应用范围。

本发明再一目的在于提供一种多重连接微带导线的设计方法，其是以一多重连接微带导线来设计比传统微带导线还容易做宽带匹配，降低干扰，与提高Q值，具有传导，馈入/馈出，储存/释放与发射/接收功能的组件的设计方法，供应用在天线(Antenna)、传导线(Transmission)、与电感(Inductor)的设计。

本发明另一目的在于提供一种多重连接微带导线的设计方法，其是以一多重连接微带导线来设计比传统微带导线还容易做宽带匹配，降低干扰，与提高Q值，具有传导，馈入/馈出，储存/释放与发射/接收功能的组件的设计方法，供应用在电磁能量储存/释放的功能的组件如电感的设计。

本发明另一目的在于提供一种多重连接微带导线的设计方法，其是以一多重连接微带导线来设计比传统微带导线还容易做宽带匹配，降低干扰，与提高Q值，具有传导，馈入/馈出，储存/释放与发射/接收功能的组件的设计方法，供可应用在单层或多层介质如集成电路、薄膜晶体管电路、低温或高温共烧陶瓷(LTCC/HTCC)、PCB、PC软板、纳米碳管等不同的金属、半金属与介电材料上做具有传导、馈入与发射/接收功能的组件的设计与制造。

本发明是一种多重连接微带导线，与以一多重连接微带导线来设计比传统微带导线还容易做宽带匹配，降低干扰，与提高Q值，具有传导，馈入/馈出，储存/释放与发射/接收功能的组件的设计方法，其设计方法，所述的多重连接微带导线关具有现有微带导线(Micro strip lines)结构简单、容易制作且容易及其它结构做连接与整合的优点，并可避免现有微带导线易受外来的信号与邻近的电磁结构的干扰的缺点，使其应用在设计阻抗转换器(impedance transformer)、电感(inductor)、或天线(antenna)等组件时，可改进许多现有微带导线的特性，但仍然保有简单的结构；由于一种电感电容自调的机制与有效电流面积的增加，通过本发明结构可改进的特性包含阻抗匹配，电感Q值，天线发射分布(radiationpatterns)，信号干扰等。

附图说明

图1是现有的微带导线结构图；

图2是本发明多重连接微带导线一实施例结构图；

图3是本发明的多重连接微带导线做为传导线的实施例；

图4是本发明的多重连接微带导线馈入、馈出与接地的实施例；

图5是本发明的多重连接微带导线馈入与馈出的另一实施例；

图6是现有的微带导线做为传导线的实施例；

图7是本发明的多重连接微带导线做为传导线的实施例；

图8是现有微带导线做为传导线实施例(图6)的S参数频率反应图；

图9是本发明的多重连接微带导线做为传导线实施例(图7)的S参数频率反应图；

图10是现有的微带导线做为天线的实施例；

图11是本发明的多重连接微带导线做为天线的实施例；

图12是现有微带导线做为天线实施例(图10)的增益频率反应图；

图13是本发明的多重连接微带导线做为天线实施例(图11)的增益频率反应图；

图14是现有微带导线做为天线实施例(图10)的辐射分布图；

图15是本发明的多重连接微带导线做为天线实施例(图11)的辐射分布图。

附图标记说明：101-信号导体；102-介电质；103-接地导体；110-馈入点；111-馈出点；201-信号导体；202-介电质；203-接地导体；204-(连接信号导体的)导体线段；210-(信号导体的)宽度；211-(信号导体的)高度；212-介电质的高度；213-介电质的长度；214-有限面积的接地导体的宽度；215-信号导线与信号导线之间的距离；301-信号导体；304-导体线段；305-(微带导线)信号导体；401-信号导体；402-介电质；403-接地导体；404-导体线段；410-馈入点；411-馈出点；412-接地点；501-(微带导线的)信号导体；502-介电质；503-为接地导体；504-导体线段；510-馈入点；511-馈出点；702-介电质；703-接地导体；704-导体线段；1101-信号导体；1102-介电质；1103-接地导体。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作还详细的说明：

图1为现有的传统微带导线，包含信号导体101，介电质102，与接地导体103。

图2为本发明的多重连接微带导线，包含：信号导体201、介电质202、接地导体203、连接信号导体201的导体线段204，以及信号导体201的宽度210与高度211，介电质的高度212与长度213。有限面积的接地导体的宽度214。多重连接微带导线有两条或两条以上的信号导线。信号导线与信号导线之间的距离215，此即为连接信号导体的导体线段的宽度。个别信号导体201之间的距离与宽度并不一定要相同。所有导体线段204的长度、宽度与高度也不一定要相同。此图显示复数组之导体线段204在不同连接点连接连接信号导体201。由于连接点的不同，长度、高度及宽度的不同，及介电质特性的不同，因此多重连接微带导线电磁特性，包括电阻、电容及电感值，会随着频率产生变化，因此会产生不同的S参数值(散射参数)、Q值(quality，品质值)、增益值及辐射分布值。一个复数组之连接点连接成的多重连接微带导线形成一种多重连接微带导线连接方式。

图3例举一种多重连接微带导线为信号传导线的设计实施例。此设计中，多重连接微带导线包含三条信号导体，靠外侧两条信号导体301宽度较细，相对的阻抗较高，中间一条微带导线信号导体305阻抗较低。信号导体305与301由导体线段304连接。靠外侧两条信号导体301可以减少对通过中间微带导线信号导体305的信号的干扰。

一般非平衡(unbalanced)馈入方式，有以同轴缆线(Coaxial Cable)将信号接到现有微带导线(图1)的信号导体101。而同轴缆线接地线与微带导线的接地导体103相接。图4例举一种同轴缆线将信号由馈入点410馈入多重连接微带导线的信号导体401，并由导体线段404所连接的另一信号导体401经由馈出点411馈出。这些馈入/馈出设计不限制在这一种形式。信号导体401也可以在接地点412以金属导体与半金属导体经介电质402与接地导体403连接。图5例举另一种同轴缆线将信号由馈入点510馈入多重连接微带导线的信号导体501，并由由导体线段504所连接的另一信号导体501经由馈出点511馈出。图中502为介电质，503为接地导体。

另一实施例为以多重连接微带导线传导信号时，对于频率反应的改进。图6以现有微带导线加上馈入点110与馈出点111。图7为多重连接微带导线包含三条微带导线。其信号导体701与导体线段704所组成的为多重连接微带导线与介电质702与接地导体703与图6现有微带导线有相同长、宽、与高度。信号由馈入点710馈入与馈出点711馈出。图8与图9分别显示图6与7的S参数(Scattering Parameters，散射参数)。由图可看出多重连接微带导线由于加入新的可调变形状参数，可以在需求的信号特性，设计出比现有微带导线有还好的频率反应与共振Q值。

另一实施例为以多重连接微带导线设计天线时，对于增益频率反应与辐射分布的改进。图10以现有微带导线设计的天线。接地导体103部分盖住介电质。图11为由两条信号导体1101组成的多重连接微带导线的天线。重连接微带导线的天线除两条信号导体1101中间之间隙外，其它参数，如介电质1102，接地导体1103，与信号馈入等的长、宽、与高度，与图10现有的微带导线天线上都相同。图12与13分别显示图10与11天线的增益频率反应图。图14与15分别显示图10与11的辐射分布(Radiation Pattern)图。由图可看出多重连接微带导线所设计的天线，由于加入新的可调变形状参数，可以设计出比以现有微带导线所设计的天线，有还好的频率增益与辐射分布。

以上实施例中，图7显示多重连接微带导线包含三条微带导线及图11显示由两条信号导体组成的多重连接微带导线的天线代表两种不同的多重连接微带导线的连接方式。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而并非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内，可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (14)

1、一种多重连接微带导线，其特征在于：其包含：

复数组的微带导线的信号导体；

一电性导通的接地导体；与

一介电质隔开所述的复数组的微带导线的信号导体与接地导体；

其中，所述的复数组的微带导线的信号导体利用导体线段连接成为一个电性导通的导体。

2、根据权利要求1所述的多重连接微带导线，其特征在于：所述的复数组的微带导线具有不同的宽度，高度，长度，所述的介电质具有不同的宽度，高度，与长度。

3、根据权利要求1所述的多重连接微带导线，其特征在于：所述的复数组的微带导线以导体线段连接时，利用不同的连接点与不同的连接方式，以产生不同的多重连接微带导线电磁特性。

4、根据权利要求1所述的多重连接微带导线，其特征在于：所述的接地导体有不同的形状。

5、根据权利要求1所述的多重连接微带导线，其特征在于：所述的介电质具有不同的形状。

6、根据权利要求1所述的多重连接微带导线，其特征在于：所述的复数组的微带导线的材料包含不同的金属导体与半金属导体。

7、根据权利要求1所述的多重连接微带导线，其特征在于：所述的复数组的导线线段的材料包含不同的金属导体与半金属导体。

8、根据权利要求1所述的多重连接微带导线，其特征在于：所述的接地导体的材料包含不同的金属导体与半金属导体。

9、根据权利要求1所述的多重连接微带导线，其特征在于：所述的介电质材料包含不同的介电质材料。

10、根据权利要求1所述的多重连接微带导线，其特征在于：所述的多重连接微带导线包含复数组的信号导体层，介电质层，与接地导体层。

11、一种多重连接微带导线的设计方法，用以实现上述的多重连接微带导线，其特征在于：其包含以下步骤：

决定组件的特性，选择自信号传导组件、储存/释放组件或发射/接收组件的组群中至少一项组合；

依照前步骤所选择的组件的电磁性能需求，决定介电质的参数；

决定信号导线的数目；

决定信号导线间的距离；

决定信号导线的长度、宽度、与高度；

决定信号导线间的导体线段的长度、宽度、与高度与连接点；

决定馈入与馈出的接点；

决定接地点；与

重复以上各步骤或其中部分步骤，以符合粗件的电磁规格，包括S参数值、Q值、增益值及辐射分布值的限定范围。

12、根据权利要求11所述的多重连接微带导线的设计方法，其特征在于：以多重连接微带导线传输信号时，复数组的微带导线有复数组的信号馈入点与复数组的信号馈出点。

13、根据权利要求11所述的多重连接微带导线的设计方法，其特征在于：以多重连接微带导线储存/释放信号能量时，复数组的微带导线有复数组的信号馈入点与复数组的信号馈出点。

14、根据权利要求11所述的多重连接微带导线的设计方法，其特征在于：以多重连接微带导线发射或接收电磁信号时，复数组的微带导线有复数组的信号馈入点与接地点。

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