CN106654492A - 共面波导传输线到微带传输线的过渡传输线及方法 - Google Patents

共面波导传输线到微带传输线的过渡传输线及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种共面波导传输线到微带传输线的过渡传输线及方法，涉及微波射频传输线领域。该过渡传输线包括转换过渡装置和共地桥接装置，转换过渡装置位于共面波导传输线与微带传输线之间，共地桥接装置位于共面波导传输线上，转换过渡装置与共面波导传输线、微带传输线处在同一个平面上，并且由相同的工艺和材料加工而成。本发明能够降低电极上传播信号的谐振和损耗。

Description

共面波导传输线到微带传输线的过渡传输线及方法
技术领域
本发明涉及微波射频传输线领域，具体是涉及一种共面波导传输线到微带传输线的过渡传输线及方法。
背景技术
在目前的集成芯片电极上或者是印刷电路板电极上均大量的采用了平面波导型电极。微带传输线型电极和共面波导传输线型电极是目前采用的比较多的两种平面波导型电极。图1为传统的50欧姆阻抗匹配的共面波导传输线的结构示意图；图2为传统的50欧姆阻抗匹配的微带传输线的结构示意图。
实际工程应用中，在很多芯片和印刷电路板的电极中，需要根据不同芯片功能区域的特点采用不同电极类型，即在某一部分需要采用共面波导传输线，而在芯片或者印刷电路板的另外一些部分，又需要采用微带传输线。这样就需要考虑共面波导传输线到微带传输线的过渡问题。
目前，在大多数低速领域中，这两种结构都通过直接连接转换，并没有采用有效的转换结构。这一方案虽然简单，但是存在这高频谐振和损耗较大的问题。在高速应用场景中，通过这种简单的连接转换，会产生谐振与信号损耗较大的问题，使得整个芯片或者电路板的信号质量大幅度下降。因此，在高速应用场景中，需要设计共面波导传输线到微带传输线的过渡传输线，使得这一过渡不会带来信号的谐振和过渡损耗。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种共面波导传输线到微带传输线的过渡传输线及方法，能够降低电极上传播信号的谐振和损耗。
本发明提供一种共面波导传输线到微带传输线的过渡传输线，用在芯片的多层平面电极体系中，该过渡传输线包括转换过渡装置和共地桥接装置，转换过渡装置位于共面波导传输线与微带传输线之间，共地桥接装置位于共面波导传输线上，转换过渡装置与共面波导传输线、微带传输线处在同一个平面上，并且由相同的工艺和材料加工而成。
在上述技术方案的基础上，所述转换过渡装置包括第一收敛电极、第二收敛电极和转换电极，第一收敛电极、第二收敛电极的横截面均为三角形，转换电极的横截面为梯形，共面波导传输线的一个地电极末端与第一收敛电极电连接，另一个地电极末端与第二收敛电极电连接，第一收敛电极与第二收敛电极轴对称布置，共面波导传输线与微带传输线的信号电极末端的四个顶点分别与转换电极的四个顶点电连接。
在上述技术方案的基础上，所述共地桥接装置包括共地连接桥和层间通孔，共地连接桥位于共面波导传输线所在平面的上一层电极平面或者下一层电极平面上，层间通孔为从共面波导传输线所在平面过渡连接到该平面的上一层电极平面或者下一层电极平面的通孔结构，共地连接桥通过层间通孔实现将共面波导传输线的两侧地电极共地。
在上述技术方案的基础上，所述转换过渡装置的长度为30～200微米。
在上述技术方案的基础上，所述转换过渡装置的长度为50微米。
在上述技术方案的基础上，所述共面波导传输线的阻抗与微带传输线的阻抗相同。
在上述技术方案的基础上，所述共面波导传输线的信号电极与微带传输线的信号电极宽度相同。
在上述技术方案的基础上，所述共面波导传输线的中心线与微带传输线的中心线重合。
本发明还提供一种在芯片的多层平面电极体系中实现共面波导传输线到微带传输线的过渡方法，包括以下步骤：
S1、通过电磁场仿真分析软件，计算出阻抗为50欧姆匹配情况下的共面波导传输线的几何尺寸；
S2、通过电磁场仿真分析软件，计算出阻抗为50欧姆匹配情况下的微带传输线的几何尺寸；
S3、调整共面波导传输线和微带传输线的信号电极的宽度，在保持共面波导传输线和微带传输线的阻抗为50欧姆的情况下，使共面波导传输线和微带传输线的信号电极的宽度相等；
S4、将共面波导传输线和微带传输线分别放置在需要过渡的两侧，使共面波导传输线和微带传输线的中心线重合，共面波导传输线与微带传输线之间留有30～200微米的间隔，在间隔处添加转换过渡装置；
S5、在完成过渡连接的共面波导传输线靠近微带传输线一侧添加共地连接桥，以抑制谐振的产生。
在上述技术方案的基础上，步骤S4中，所述添加转换过渡装置的过程如下：将左右两侧共面波导传输线处于上下边缘处的地电极分别用横截面为三角形的第一收敛电极、第二收敛电极做收缩，使得其末端宽度收缩为0；将左右两侧共面波导传输线和微带传输线的信号电极用横截面为梯形的转换电极相连接，转换电极的两侧连接处分别与共面波导传输线、微带传输线的信号电极宽度相等。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)本发明通过过渡传输线来进行共面波导传输线到微带传输线的变换，能够降低电极上传播信号的谐振和损耗，提高整个传输电极的带宽。
(2)本发明通过添加共面波导传输线到微带传输线的过渡传输线，降低转换过程带来的带宽劣化和微波谐振，有效提高芯片或电路板整体的信号质量。
(3)本发明中的过渡传输线不会增加电极体系的制造成本和复杂度，完全兼容现有的多层平面电极的加工工艺。
附图说明
图1为传统的50欧姆阻抗匹配的共面波导传输线的结构示意图；
图2为传统的50欧姆阻抗匹配的微带传输线的结构示意图；
图3为本发明实施例中共面波导传输线到微带传输线的无谐振、低损耗过渡传输线的完整结构示意图；
图4为本发明实施例中共面波导传输线到微带传输线的转换过渡装置的结构示意图；
图5为本发明实施例中共面波导传输线上添加的共地桥接装置的俯视图；
图6为本发明实施例中共面波导传输线上添加的共地桥接装置的左视图；
图7为本发明实施例中共面波导传输线上添加的共地桥接装置的主视图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图3所示，本发明实施例提供一种共面波导传输线到微带传输线的过渡传输线，用在芯片的多层平面电极体系中，该过渡传输线包括转换过渡装置和共地桥接装置，转换过渡装置位于共面波导传输线与微带传输线之间，共地桥接装置位于共面波导传输线上，转换过渡装置与共面波导传输线、微带传输线处在同一个平面上，并且由相同的工艺和材料加工而成。
参见图4所示，转换过渡装置包括第一收敛电极、第二收敛电极和转换电极，第一收敛电极、第二收敛电极的横截面均为三角形，转换电极的横截面为梯形，共面波导传输线的一个地电极末端与第一收敛电极电连接，另一个地电极末端与第二收敛电极电连接，第一收敛电极与第二收敛电极轴对称布置，共面波导传输线与微带传输线的信号电极末端的四个顶点分别与转换电极的四个顶点电连接。
参见图5、图6、图7所示，共地桥接装置包括共地连接桥和层间通孔，共地连接桥位于共面波导传输线所在平面的上一层电极平面或者下一层电极平面上，层间通孔为从共面波导传输线所在平面过渡连接到该平面的上一层电极平面或者下一层电极平面的通孔结构，共地连接桥通过层间通孔实现将共面波导传输线的两侧地(G)电极共地。
转换过渡装置的长度应当尽量的短，例如：30～200微米，对于芯片上的电极结构体系，转换过渡装置的长度一般选取50微米长，大于50微米会降低过渡传输线的整体性能。对于其它尺寸较大的电极体系，如印刷平面电路板，可以适当增加长度以兼容加工工艺的要求，但也应当尽量保持短小。
对于要进行过渡的共面波导传输线与微带传输线，要保证共面波导传输线的阻抗与微带传输线的阻抗相同。例如，对于单端信号电极，要保证共面波导传输线与微带传输线的阻抗为50欧姆；而对于差分信号电极，要保证共面波导传输线与微带传输线的阻抗为100欧姆。
在确定共面波导传输线与微带传输线的阻抗匹配尺寸时，需要尽量保证共面波导传输线的信号(S)电极与微带传输线的信号(S)电极宽度相同。
共面波导传输线的中心线与微带传输线的中心线重合。转换过渡装置的设计过程是：将共面波导传输线的地(G)电极末端通过三角形收敛缩小，使用一个三角形连接，三角形长度和过渡器件长度相同。一头和地(G)电极末端相连接，一头为定点。同时将共面波导传输线与微带传输线的信号(S)电极末端的四个顶点用四边形连接。
在实际使用中，可以使用多个共地连接桥来改善整体的性能。工程中也可以通过打线的方式，连接共面波导传输线的两个地电极，实现共地。
上述过渡传输线既可以用于实现共面波导传输线到微带传输线的无谐振、低损耗过渡，也可以用于实现微带传输线到共面波导传输线的无谐振、低损耗过渡，这一技术满足互易性要求。
本发明通过特别设计阻抗匹配的共面波导传输线与微带传输线的地电极宽度、地电极与信号电极的间隔，同时增加了长度为50微米的过渡传输线和共地连接桥，从而实现了共面波导传输线到微带传输线的无谐振、低损耗过渡，通过过渡传输线可以有效提高整体的信号质量和带宽。
本发明实施例还提供一种在芯片的多层平面电极体系中实现共面波导传输线到微带传输线的过渡方法，包括以下步骤：
S1、通过电磁场仿真分析软件，计算出阻抗为50欧姆匹配情况下的共面波导传输线的几何尺寸，参见图1所示。
S2、通过电磁场仿真分析软件，计算出阻抗为50欧姆匹配情况下的微带传输线的几何尺寸，参见图2所示。
S3、通过分别调整共面波导传输线和微带传输线的信号电极的宽度的大小，在保持共面波导传输线和微带传输线的阻抗为50欧姆的情况下，尽量使得共面波导传输线和微带传输线的信号电极的宽度大小相等或者接近。
S4、将共面波导传输线和微带传输线中间的间隔设置为30～200微米，优选50微米。对于其它应用情况如印刷电路板等，其间隔可以大于50微米但要保持尽量的小。将设计好的共面波导传输线和微带传输线，分别放置在需要过渡的两侧，使共面波导传输线和微带传输线的中心线重合。共面波导传输线与微带传输线之间留有30～200微米的间隔，优选50微米，参见图3、图4所示，在间隔处添加转换过渡装置；
添加转换过渡装置的过程如下：
将左右两侧共面波导传输线处于上下边缘处的地电极分别用横截面为三角形的第一收敛电极、第二收敛电极做收缩，使得其末端宽度收缩为0；将左右两侧共面波导传输线和微带传输线的信号电极用横截面为梯形的转换电极相连接，转换电极的两侧连接处分别与共面波导传输线、微带传输线的信号电极宽度相等。
S5、在完成过渡连接的共面波导传输线靠近微带传输线一侧添加共地连接桥，以抑制谐振的产生。
共地连接桥将共面波导传输线靠近微带传输线一侧的两个地电极导通。本发明实施例中通过不同平面电极层的层间通孔，连接到过渡电极平面上一层平面，然后通过上面一层平面的电极的共地连接桥来实现。这一共地桥结构的俯视图、左视图和主视图如图5、图6和图7所示。
上述用于在芯片上的多层平面电极体系上实现微带传输线到共面波导传输线过渡的结构和方法仅为本发明的一个实施例，本方案不仅可以应用于芯片上的多层平面电极体系上实现微带传输线到共面波导传输线过渡，对于其他的多层电极体系如印刷电路板等同样适用，在此不再赘述。
本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种共面波导传输线到微带传输线的过渡传输线，用在芯片的多层平面电极体系中，其特征在于：该过渡传输线包括转换过渡装置和共地桥接装置，转换过渡装置位于共面波导传输线与微带传输线之间，共地桥接装置位于共面波导传输线上，转换过渡装置与共面波导传输线、微带传输线处在同一个平面上，并且由相同的工艺和材料加工而成。
2.如权利要求1所述的共面波导传输线到微带传输线的过渡传输线，其特征在于：所述转换过渡装置包括第一收敛电极、第二收敛电极和转换电极，第一收敛电极、第二收敛电极的横截面均为三角形，转换电极的横截面为梯形，共面波导传输线的一个地电极末端与第一收敛电极电连接，另一个地电极末端与第二收敛电极电连接，第一收敛电极与第二收敛电极轴对称布置，共面波导传输线与微带传输线的信号电极末端的四个顶点分别与转换电极的四个顶点电连接。
3.如权利要求1所述的共面波导传输线到微带传输线的过渡传输线，其特征在于：所述共地桥接装置包括共地连接桥和层间通孔，共地连接桥位于共面波导传输线所在平面的上一层电极平面或者下一层电极平面上，层间通孔为从共面波导传输线所在平面过渡连接到该平面的上一层电极平面或者下一层电极平面的通孔结构，共地连接桥通过层间通孔实现将共面波导传输线的两侧地电极共地。
4.如权利要求1所述的共面波导传输线到微带传输线的过渡传输线，其特征在于：所述转换过渡装置的长度为30～200微米。
5.如权利要求4所述的共面波导传输线到微带传输线的过渡传输线，其特征在于：所述转换过渡装置的长度为50微米。
6.如权利要求1所述的共面波导传输线到微带传输线的过渡传输线，其特征在于：所述共面波导传输线的阻抗与微带传输线的阻抗相同。
7.如权利要求1所述的共面波导传输线到微带传输线的过渡传输线，其特征在于：所述共面波导传输线的信号电极与微带传输线的信号电极宽度相同。
8.如权利要求1所述的共面波导传输线到微带传输线的过渡传输线，其特征在于：所述共面波导传输线的中心线与微带传输线的中心线重合。
9.一种在芯片的多层平面电极体系中实现共面波导传输线到微带传输线的过渡方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过电磁场仿真分析软件，计算出阻抗为50欧姆匹配情况下的共面波导传输线的几何尺寸；
S2、通过电磁场仿真分析软件，计算出阻抗为50欧姆匹配情况下的微带传输线的几何尺寸；
S3、调整共面波导传输线和微带传输线的信号电极的宽度，在保持共面波导传输线和微带传输线的阻抗为50欧姆的情况下，使共面波导传输线和微带传输线的信号电极的宽度相等；
S4、将共面波导传输线和微带传输线分别放置在需要过渡的两侧，使共面波导传输线和微带传输线的中心线重合，共面波导传输线与微带传输线之间留有30～200微米的间隔，在间隔处添加转换过渡装置；
S5、在完成过渡连接的共面波导传输线靠近微带传输线一侧添加共地连接桥，以抑制谐振的产生。
10.如权利要求9所述的在芯片的多层平面电极体系中实现共面波导传输线到微带传输线的过渡方法，其特征在于：步骤S4中，所述添加转换过渡装置的过程如下：将左右两侧共面波导传输线处于上下边缘处的地电极分别用横截面为三角形的第一收敛电极、第二收敛电极做收缩，使得其末端宽度收缩为0；将左右两侧共面波导传输线和微带传输线的信号电极用横截面为梯形的转换电极相连接，转换电极的两侧连接处分别与共面波导传输线、微带传输线的信号电极宽度相等。
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