CN102544665B - 一种等效介电常数能够调节的传输线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种等效介电常数能够调节的传输线，由信号线和地线构成，地线是为了给信号提供一个确定的回路。在传输线中周期性的加入大量的变容管（Cvar），并将变容管连接到外界信号控制端（Vctrl）。变容管的电容是随着外界控制信号的变化而变化的，这样增加了传输线到地的电容，因此传输线的等效介电常数和波长都是随着控制电压的变化而变化的；即使当传输线处在相同的介质中，传输线的等效介电常数可以随电容的变化而变化，就能够提高等效介电常数，则产生慢波效应，这样能够减少传输线的波长就导致芯片的面积减少的效果；同时，由于传播速度和波长是在不断变化，则可以很容易地实现移相器、振荡器等微波器件。

Description

一种等效介电常数能够调节的传输线
技术领域
本发明涉及通信系统中，电磁信号传输领域，尤其涉及传输线的设计。
背景技术
随着工艺的进步，器件特征尺度能够进一步缩小，性能逐渐增加。同时，越来越多的毫米波电路也能够实现。在毫米波下，传输线的尺度很小，此外传输线具有非常好的地回路，能够很方便的进行建模，因此传输线被广泛的用在阻抗匹配和相移器上面。
如图1a所示，传统的传输线是由信号线110和地线120两部分组成的。一段长的传输线可以等效为很多短的传输线级联而成，在不考虑金属的损耗和介质损耗的情况下，每一小段的传输线，即当长度小于二十分之一波长的时候，它的等效电路可以近似为L、C的并联电路单元130，如图1b所示，传输线的等效电路即为多个并联电路单元130级联而成，则传输线的速度                                                。
所以，电磁波在传输线中的传播速度，是取决于传输线所在的介质的等效介电常数。其中c是光速，是介质的等效介电常数。当传输线所处的介质固定时，它的等效介电常数就固定，那么它的传播速度固定，则波长也固定了，要改变波长，就只能改变等效介电常数，然而改变等效介电常数就需要改变介质材料，实质上是要改变材料的介电常数，则要更换介质材料或选用特殊的介质材料，这样不仅操作程序上非常麻烦，而且成本也很高，并且对于移相器或振荡器的实现也非常困难。
发明内容
为了克服背景技术的不足，本发明提供了一种等效介电常数能够调节的传输线。
本发明提供的等效介电常数能够调节的传输线包括信号线和地线，其中，信号线为一根线，传输的信号是单端信号，传输线还包括变容管，所述变容管的两端分别与信号线和地线连接，同时所述变容管与外界信号控制端Vctrl连接，变容管的电容随所述外界信号控制端Vctrl输出的外界信号的变化而变化。
其中，所述变容管的一端连接所述信号线，另一端通过电容C与所述地线连接；或者所述变容管的一端连接所述地线，另一端通过电容C与所述信号线连接。
其中，外界信号为数字信号或者模拟信号。
其中，所述外界信号控制端Vctrl可以为一个，所有所述的变容管受同一个外界信号控制端Vctrl控制；或者所述外界信号控制端Vctrl由与所述变容管个数相同的外界信号控制端Vctrl控制，不同的外界信号控制端Vctrl可以对变容管实现细调。
本发明的目的还在于提供另一种等效介电常数能够调节的传输线，包括若干根信号线，分布在金属层上，传输的信号是差分信号，所述传输线还包括变容管、外界信号控制端Vctrl，所述变容管的个数不小于二；所述信号线通过变容管与所述外界信号控制端Vctrl连接，所述外界信号控制端Vctrl控制变容管的电容值大小。
其中，所述第一信号线与所述变容管的一端连接，与第一信号线上连接变容管的个数相同的变容管的一端与第二信号线连接，同时第一信号线上和第二信号线上的变容管的另一端全部连接在一起，并共同连接到外界信号控制端Vctrl，所述变容管的电容C随外界信号控制端Vctrl输出的外界信号的变化而变化。
其中，所述传输线还包括地线，所述地线和信号线分布在同一个金属层上；其中，所述外界信号为数字信号或者模拟信号。
其中，所述传输线还包括地线，所述地线和信号线分布在不同的金属层上；其中，所述外界信号为数字信号或者模拟信号。
本发明公开了一种等效介电常数能够调节的传输线，当传输线处在相同的介质中，传输线的等效介电常数能够提高，波长能够减小，也就是慢波效应，这样能够减少传输线的波长导致减少芯片的面积。其次,本发明对应的传输线的等效介电常数不是固定不变的，是可以根据外面的控制信号的大小而变化的，这样它的传播速度和波长是在不断变化，则可以很容易地实现移相器、振荡器等微波器件。
附图说明
图1a为现有的传输线的结构图。
图1b为现有的传输线的等效电路图。
图2a为本发明实施例1的传输线的结构图。
图2b为本发明实施例1的传输线的等效电路图。
图3a为本发明实施例2的传输线的结构图。
图3b为本发明实施例2的传输线的等效电路图。
图4a为本发明实施例3的传输线的结构图。
图4b为本发明实施例3的传输线的等效电路图。
图5a为本发明实施例4的传输线的结构图。
图5b为本发明实施例4的传输线的等效电路图。
图6为现有技术的振荡器的示意图。
具体实施方式
下面参照附图，结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
实施例1
参见图2，如图2a所示，本实施例提供的等效介电常数能够调节的传输线，包括信号线10和地线20，其中，所述信号线为一根线，传输的信号是单端信号，该传输线还包括变容管；所述变容管的两端分别与信号线10和地线20连接，同时所述变容管与外界信号控制端Vctrl连接，所述变容管的电容随所述外界信号控制端Vctrl输出的外界信号的变化而变化，其中，外界信号为数字信号或者模拟信号。
其中，所有变容管连接到同一个外界信号控制端Vctrl。
本实施例中，所述变容管的一端连接所述信号线10，另一端通过电容C与所述地线20连接；同样变容管与信号线10和地线的连接可以进行另一种实施，与实施例1的区别即将所述变容管的一端连接所述地线20，变容管的另一端通过电容与所述信号线10连接，其他结构与实施例1中的传输线结构一样，所以在此不再赘述。
如图2b所示，本实施例中，为说明等效介电常数的变化原理，且传输线的损耗和变容管的损耗较小。在此传输线的等效结构中忽略了传输线的损耗和变容管的损耗，实施例2、3、4中的传输线等效结构也是基于这种考虑，从而忽略了传输线的损耗和变容管的损耗。本实施例的传输线的等效结构中，并联电路单元30包括电感L′、电容C′、变容管、外界信号控制端Vctrl和电容C，所述传输线的等效结构即为若干个并联电路单元级联组成。由此则可以推出传输线的速度，通常电容C的电容值远大于变容管的电容值，这样，因此改变变容管的值就可以改变等效介电常数，进而可以改变波长，也能够实现慢波效应。
实施例2
参见图3，如图3a所示，本实施例提供的等效介电常数能够调节的传输线，包括信号线10和地线20，其中，所述信号线10为一根线，传输的信号是单端信号，该传输线还包括变容管；所述变容管的两端分别与信号线10和地线20连接，同时所述变容管与外界信号控制端Vctrl连接，所述变容管的电容随所述外界信号控制端Vctrl输出的外界信号的变化而变化，其中，外界信号为数字信号或者模拟信号。
其中，所有变容管连接到不同的外界信号控制端Vctrl1、Vctrl2…VctrlN。
本实施例中，所述变容管的一端连接所述信号线10，另一端通过电容C与所述地线20连接；同样变容管与信号线10和地线20的连接可以进行另一种实现，与实施例2的区别即将所述变容管的一端连接所述地线20，变容管的另一端通过电容与所述信号线10连接，其他结构与实施例2中的传输线结构一样，所以在此不再赘述。
如图3b所示，本实施例中，传输线的等效结构中，并联电路单元30包括电感L′、电容C′、变容管、外界信号控制端Vctrl、Vctrl2…VctrlN和电容C，所述传输线的等效结构即为若干个并联电路单元级联组成，等效介电常数的改变原理同实施例2相同，在此不再赘述。
实施例3
参见图4，如图4a所示，本实施例提供的等效介电常数能够调节的传输线，包括信号线10和地线20，信号线10和地线20分布在相同的金属层上，其中，信号线为两根线，包括第一信号线10和第二信号线11，传输的信号是差分信号，传输线还包括变容管，所述变容管的个数不小于二；其中，第一信号线10与变容管的一端连接，与第一信号线10上连接变容管的个数相同的变容管的一端与第二信号线11连接，同时第一信号线10上和第二信号线11上的变容管的另一端全部连接在一起，并共同连接到外界信号控制端Vctrl，所述变容管的电容随外界信号控制端Vctrl输出的外界信号的变化而变化。其中，外界信号控制端Vctrl处形成一个虚拟地21。
如图4b所示，因为传输线传输的是差分信号，有共模和差模成分，图4b显示的是差模成分的电路图。由此则可以推出传输线的速度，由此可以看到随着外界信号控制端Vctrl对变容管实现控制，差模信号的等效介电常数能够随变容管电容值的变化而变化。从而可以改变传输线传输信号的波长，并可以使其产生慢波效应。
其中，外界信号为数字信号或者模拟信号。
实施例4
参见图5，如图5a所示，与实施例3所不同的是传输线的地线20和信号线10、11是分布在不同的金属层上，其他结构与实施例3所述的传输线的结构相同，所以在此不再赘述。本实施例中，地线20在信号线10、11的两侧都有。使用这种结构，地线20和信号线10、11之间的距离可以随意的调节，所以能够提供很大的自由度，而不是像微带线一样，地线20和信号线10、11之间的距离受工艺的影响，是不能任意变化的。
如图5b所示，
等效介电常数的改变原理同实施例3相同，在此不再赘述。
本实施例还有一种特殊的情况，即传输线也可以没有地线20，则认为地线20与信号线10、11之间的距离为无穷远。其中，外界信号控制端Vctrl处形成一个虚拟地21。
本发明提供的实施例1、2、3、4可以应用于各种微波器件，在此以振荡器为例说明，如图6所示，振荡器是由交叉耦合管610，可变的电感和可变的电容组成。其中交叉耦合管是用来提供负阻，来补偿电路中因为电感和电容等无源器件而造成的损耗。振荡器的振荡频率取决于。如果电感和电容的值能够改变，这样振荡器振荡的频率就能够调节。可变电感和可变电容可以用本结构对应的传输线来实现。因为终端短路的传输线当特征尺度小于1/4波长的时候就是一个电感，这个时候传输线的阻抗值为Z=jZ0tan(βL)，其中，β=2/,L是传输线的长度，Z0是传输线的特征阻抗。因此利用本结构的终端短路的传输线可以实现可变电感L。终端断路的传输线当特征尺度小于1/4波长的时候就是一个电容，这个时候的值为Z=-jZ0cot(βL)，因此利用本结构的终端断路的传输线可以实现可变电容C。
本发明提供的实施例，传输线由信号线和地线构成，是为了给信号提供一个确定的回路。在传输线中周期性的加入大量的变容管，这样增加了传输线到地的电容。这个电容是随着外界控制信号的变化而变化的，因此它的等效介电常数和波长都是随着控制电压的变化而变化；即使当传输线处在相同的介质中，传输线的等效介电常数可以随外界控制电压的变化而变化，等效介电常数也能够提高，则波长能够减小，也就是慢波效应，这样能够减少传输线的波长就导致芯片的面积减少的效果。

Claims (3)

1.一种等效介电常数能够调节的传输线，包括若干根信号线，分布在金属层上，其中，所述信号线传输的信号为差分信号，其特征在于，所述传输线还包括变容管（                                                ）、外界信号控制端（Vctrl），所述变容管（）的个数不小于2；所述信号线通过变容管（）与所述外界信号控制端（Vctrl）连接，所述外界信号控制端（Vctrl）控制变容管（）的电容值大小，所述信号线为二根线，包括第一信号线(10)和第二信号线(11)，所述第一信号线(10)与所述变容管（）的一端连接，与所述第一信号线(10)上连接变容管（）的数量相同的变容管（）的一端与所述第二信号线(11)连接，同时所述第一信号线(10)上和所述第二信号线(11)上的变容管（）的另一端全部连接在一起，并共同连接到外界信号控制端（Vctrl），所述变容管（）的电容随所述外界信号控制端输出的外界信号的变化而变化。
2.根据权利要求1所述的等效介电常数能够调节的传输线，其特征在于，它还包括地线(20)，所述地线(20)和信号线分布在同一金属层上或不同金属层上。
3.根据权利要求1所述的等效介电常数能够调节的传输线，其特征在于，所述外界信号为数字信号或者模拟信号。
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