CN102903991A - 非对称共面波导-双面平行双线宽带转换连接器 - Google Patents

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吕文俊
童蘅
朱洪波
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Nanjing Post and Telecommunication University
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Abstract

本发明公开了一种非对称共面波导-双面平行双线宽带转换连接器，在介电常数为2-20范围内的介质衬底上，分别设计非对称共面波导段、顶层高阻抗非对称共面波导段、底层水平传输线段、底层垂直传输线段、底层Y型调谐枝节和双面平行双线段，通过调整顶层高阻抗非对称共面波导段、底层水平传输线段、底层垂直传输线段和底层Y型调谐枝节的尺寸参数，实现两种传输线之间的宽带转换连接。本发明的传输线转换部分只采用直线结构，结构非常简单、制作容易，特别适用于微波集成电路。同时，具有极小的体积和极低的剖面尺寸，能够有效地实现双面平行双线电路与非对称共面波导电路之间的互连，其带宽能覆盖多种现存无线通信系统的工作频段。

Description

非对称共面波导-双面平行双线宽带转换连接器
技术领域
本发明涉及一种非对称共面波导-双面平行双线宽带转换连接器，属于微波技术领域。
背景技术
随着微波集成电路技术的迅速发展，出现了大量平面电路封装结构。在平面电路和天线设计中经常需要实现不同传输线之间的互连与封装。根据平面传输线的固有结构，这些转换连接器可分成三大类：非平衡式传输线之间的转换（如：微带线和共面波导之间的过渡转换）、平衡式传输线之间的转换（如：平行双线和槽线之间的过渡转换）、平衡式传输线与非平衡式传输线之间的转换（如：平行双线和共面波导之间的过渡转换）。测量仪器的接口往往采用非平衡式传输线（如：同轴接头、共面波导探针等）。传输线转换连接器除了用于不同种类平面微波电路模块之间的互连，还具有以下用途：
1），实现平衡结构平面微波电路与测量仪器的连接。常规测量仪器通常采用同轴线、共面波导探针等非平衡式传输线作为接口，为了测量平衡传输线结构的平面微波电路的特性，需要借助转换连接器实现两者的互连；
2），用作平面可集成天线单元的馈电器。为了抑制馈线的乱真辐射引入的干扰和损耗，天线辐射单元应具有对称结构并采用平衡式传输线对其馈电，而馈电器的输出端则需要采用非平衡式传输线，以便实现与测量仪器或其他电路单元的连接。
可见，研制宽频带特性的平衡式-非平衡式传输线转换连接器对保证微波电路的性能、提高其测量精度有重要的作用。非对称共面波导和双面平行双线作为两种常用的非平衡式和平衡式平面微波传输线，在微波集成电路设计中均有广泛的应用，所以亟需解决两者之间的过渡转换问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对非对称共面波导到双面平行双线之间的过渡转换问题，提出一种结构简单、具有宽带特性且便于制作实现的非对称共面波导-双面平行双线转换连接器，实现两者之间电气特性的光滑过渡。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种非对称共面波导-双面平行双线宽带转换连接器，用于连接设置在介质衬底上的非对称共面波导段、双面平行双线段；所述转换连接器包括设置在介质衬底顶层的高阻抗非对称共面波导段，设置在介质衬底底层的水平传输线段、垂直传输线段以及Y型调谐枝节；其中：所述非对称共面波导段包括非对称共面波导的宽边和非对称共面波导的窄边，高阻抗非对称共面波导段包括高阻抗非对称共面波导的宽边、 高阻抗非对称共面波导的窄边，双面平行双线段包括双面平行双线的底层输入端和双面平行双线的顶层输入端； 
其中，所述高阻抗非对称共面波导的窄边分别与非对称共面波导段的窄边、双面平行双线段的顶层输入端连接，高阻抗非对称共面波导段的宽边与非对称共面波导段的宽边连接；所述水平传输线段分别与双面平行双线的底层输入端、垂直传输线段的一端连接，所述Y型调谐枝节的集合点与垂直传输线段的另一端连接。
优选的，本发明的非对称共面波导-双面平行双线宽带转换连接器，高阻抗非对称共面波导段的特性阻抗与非对称共面波导段的特性阻抗之比在1.2:1-2:1范围之内，高阻抗非对称共面波导段的长度在4-8毫米范围之内，底层水平传输线段的长度在0.8-2.4毫米范围之内，底层垂直传输线段的长度在2-5毫米范围之内。
优选的，本发明的非对称共面波导-双面平行双线宽带转换连接器，Y型调谐枝节包括左侧子枝节和右侧子枝节；左侧子枝节的边缘线和右侧子枝节的边缘线形成左侧子枝节和右侧子枝节之间的夹角，左侧子枝节和右侧子枝节之间的角度在90-180度范围。
优选的，本发明的非对称共面波导-双面平行双线宽带转换连接器，介质衬底的介电常数范围为2-20。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明的转换连接器工作带宽较宽且插入损耗低，传输线转换部分只采用直线结构而无需采用复杂的CAD手段生成光滑曲线轮廓，结构非常简单，制作容易，特别适用于微波集成电路。同时，本发明的转换连接器具有极小的体积、简单的结构和极低的剖面尺寸，能够有效地实现双面平行双线电路与非对称共面波导电路之间的互连，其带宽能覆盖多种现存无线通信系统的工作频段。
附图说明
图1是转换连接器的整体结构示意图。
图2是转换连接器的顶层结构示意图。
图3是转换连接器的底层结构示意图。
图4是数值分析所得的一对转换连接器之间的反射系数和传输系数频率特性曲线。
图中标号：1是介质衬底，2是非对称共面波导段，201是非对称共面波导的宽边，202是非对称共面波导的窄边，3是高阻抗非对称共面波导段，301是高阻抗非对称共面波导的宽边，302是高阻抗非对称共面波导的窄边，4是双面平行双线段，401是双面平行双线的底层输入端，402是双面平行双线的顶层输入端，5是底层水平传输线段，6是底层垂直传输线段，7是底层Y型调谐枝节，701为左侧子枝节，702为右侧子枝节，8为左侧子枝节和右侧子枝节之间的夹角。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示，本发明的结构是：转换连接器制作在介质衬底1的顶层和底层上，由非对称共面波导段2、高阻抗非对称共面波导段3和双面平行双线段4组成，双面平行双线段4可作为其他平衡式微波电路部件的连接端，共面波导段2可用于连接测量仪器的输入端，高阻抗非对称共面波导段3用于连接非对称共面波导段2与双面平行双线段4。
如图2结合图3所示，所述的非对称共面波导段2包括非对称共面波导的宽边201和非对称共面波导的窄边202，高阻抗非对称共面波导段3包括高阻抗非对称共面波导的宽边301和高阻抗非对称共面波导的窄边302，双面平行双线段4包括双面平行双线的底层输入端401和双面平行双线的顶层输入端402；所述的高阻抗非对称共面波导的窄边302分别与非对称共面波导段的窄边202、双面平行双线段的顶层输入端402直接连接，高阻抗非对称共面波导段的宽边301与非对称共面波导段的宽边201直接相连；所述的双面平行双线的底层输入端401与底层水平传输线段5直接相连，底层水平传输线段5与底层垂直传输线段6直接相连，底层Y型调谐枝节7与底层垂直传输线段6直接相连, 底层Y型调谐枝节7由左侧子枝节701和右侧子枝节702构成；所述的非对称共面波导-双面平行双线转换连接器，所有过渡段均为直线或直线渐变结构，左侧子枝节701的边缘线和右侧子枝节702的边缘线形成左侧子枝节和右侧子枝节之间的夹角8。
对照附图4，附图4给出了介质衬底1按照相对介电常数为10.2、厚度为0.635毫米，高阻抗非对称共面波导段3的特性阻抗与非对称共面波导段2的特性阻抗比按照1.54:1，高阻抗非对称共面波导段3的长度按照5.5毫米，底层水平传输线段5的长度按照1.2毫米，底层垂直传输线段6的长度按照3.0毫米，左侧子枝节和右侧子枝节之间的夹角8的角度按照120度实施时，仿真分析所得的一对转换接头之间的反射系数和传输系数频率特性曲线。附图4中的虚线表示反射系数的频率特性曲线，实线表示传输系数的频率特性曲线。在2.1GHz-9.1GHz频段上，转换接头的反射系数低于-10dB，传输损耗不高于2.2dB，表明单个转换接头在频带内具有不高于1dB的传输损耗和良好的匹配特性。
非对称共面波导-双面平行双线宽带转换连接器，其频响特性覆盖包括LTE（2.3-2.4 GHz, 2.5-2.7 GHz, 3.4-3.6 GHz）、Wimax（3.4-3.6 GHz）、双频WLAN（2.404-2.484 GHz，5.15-5.35 GHz, 5.725-5.875 GHz）、UWB（3.1-4.9 GHz，MB-OFDM制式的低端子带；6-8.5 GHz，欧洲制式）等无线通信系统的频带，且在该工作带宽内具有较低的插入损耗、良好的阻抗匹配特性和具有极小的体积。因此，本发明解决了非对称共面波导和双面平行双线之间的宽度过渡、转换和互连问题，满足了上述无线通信系统中非对称共面波导电路和双面平行双线电路的互连需要。本发明既可用于上述频段内两种传输线电路之间的封装互连，又可用作上述频段内对称结构宽带天线的馈电器，在宽带微波集成电路、平面可集成天线模块的设计中都有广泛的应用前景。

Claims (5)

1. 一种非对称共面波导-双面平行双线宽带转换连接器，用于连接设置在介质衬底（1）上的非对称共面波导段（2）、双面平行双线段（4）；其特征在于：所述转换连接器包括设置在介质衬底（1）顶层的高阻抗非对称共面波导段（3），设置在介质衬底（1）底层的水平传输线段（5）、垂直传输线段（6）以及Y型调谐枝节（7）；其中：所述非对称共面波导段（2）包括非对称共面波导的宽边（201）和非对称共面波导的窄边（202），高阻抗非对称共面波导段（3）包括高阻抗非对称共面波导的宽边（301）、 高阻抗非对称共面波导的窄边（302），双面平行双线段（4）包括双面平行双线的底层输入端（401）和双面平行双线的顶层输入端（402）； 
其中，所述高阻抗非对称共面波导的窄边（302）分别与非对称共面波导段的窄边（202）、双面平行双线段的顶层输入端（402）连接，高阻抗非对称共面波导段的宽边（301）与非对称共面波导段的宽边（201）连接；所述水平传输线段（5）分别与双面平行双线的底层输入端（401）、垂直传输线段（6）的一端连接，所述Y型调谐枝节（7）的集合点与垂直传输线段（6）的另一端连接。
2.根据权利要求1所述的非对称共面波导-双面平行双线宽带转换连接器，其特征在于：所述高阻抗非对称共面波导段（3）的特性阻抗与非对称共面波导段（2）的特性阻抗之比在1.2:1至2:1范围之内。
3.根据权利要求1所述的非对称共面波导-双面平行双线宽带转换连接器，其特征在于：所述高阻抗非对称共面波导段（3）的长度在4-8毫米范围之内，水平传输线段（5）的长度在0.8-2.4毫米范围之内，垂直传输线段（6）的长度在2-5毫米范围之内。
4.根据权利要求1所述的非对称共面波导-双面平行双线宽带转换连接器，其特征在于：所述Y型调谐枝节（7）包括左侧子枝节（701）和右侧子枝节（702）；左侧子枝节（701）的边缘线和右侧子枝节（702）的边缘线形成左侧子枝节和右侧子枝节之间的夹角（8），夹角（8）的角度在90-180度范围之内。
5.根据权利要求1所述的非对称共面波导-双面平行双线宽带转换连接器，其特征在于：所述介质衬底（1）的介电常数范围为2-20。
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