CN111048877B - 具有不对称接地的微型慢波传输线和相关移相器系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及具有不对称接地的微型慢波传输线和相关移相器系统。描述微型慢波传输线具有不对称的接地配置。在一些实施方案中，不对称的接地配置有助于减小尺寸。非均匀辅助导体可以设置在共面波导的上方或下方，以便于减小微型慢波传输线的长度。通过包括一个或多个微型慢波传输线，可以实现具有减小尺寸的移相器。

Description

具有不对称接地的微型慢波传输线和相关移相器系统
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于1981年10月12日以代理人案卷号G0766.70265US00提交的题为“具有不对称接地的微型慢波传输线和相关移相器系统”的美国临时申请序列号62/745,272的权益。其以引用的方式整体并入本文。
技术领域
本申请的方面涉及慢波传输线。
背景技术
移相器通常用于相控阵天线系统和混合结构系统中。一些这样的移相器采用慢波传输线来产生时间延迟，导致穿过其中的信号发生相应的相移。一些这样的慢波传输线包括共面波导。
发明内容
描述微型慢波传输线具有不对称的接地配置。在一些实施方案中，不对称的接地配置有助于减小尺寸。非均匀辅助导体可以设置在共面波导的上方或下方，以便于减小微型慢波传输线的长度。通过包括一个或多个微型慢波传输线，可以实现具有减小尺寸的移相器。
在一些实施方案中，提供微型慢波传输线，包括：基材；在所述基材的第一层上制造的信号导体；在所述第一层上制造的第一和第二接地导体，设置在所述信号导体的相对侧并且围绕所述信号导体是不对称的；和在所述基材的第二层上制造的多个辅助导体，电容地耦合到所述信号导体并导电地耦合到所述第一和第二接地导体。
在一些实施方案中，提供移相器，包括：基材；所述移相器的输入和输出之间的可变延迟信号路径，包括可切换进出所述可变延迟信号路径的多个慢波传输线，所述多个慢波传输线的第一慢波传输线包括所述基材的第一层上的信号导体,在所述第一层上的第一和第二接地导体，设置在所述信号导体的相对侧并且围绕所述信号导体是不对称的；和在所述基材的第二层上的多个辅助导体，电容地耦合到所述信号导体并导电地耦合到所述第一和第二接地导体。
在一些实施方案中，提供系统，包括移相器，包括：基材；所述移相器的输入和输出之间的可变延迟信号路径，包括可切换进出所述可变延迟信号路径的多个慢波传输线，所述多个慢波传输线的第一慢波传输线包括所述基材的第一层上的信号导体,在所述第一层上的第一和第二接地导体，设置在所述信号导体的相对侧并且围绕所述信号导体是不对称的；在所述基材的第二层上的多个辅助导体，电容地耦合到所述信号导体并导电地耦合到所述第一和第二接地导体；控制器，包括一个或多个组件，被配置为将逻辑信号发送到多个开关，以控制所述多个慢波传输线切换进出所述可变延迟信号路径。
附图说明
将参考以下附图描述本申请的各个方面和实施方案。应该理解的是，附图不一定按比例绘制。出现在多个图中的项目在它们出现的所有图中用相同的附图标记表示。
图1是根据本申请的一个方面的包括慢波移相器的示例性系统的框图；
图2A是根据本申请的非限制性实施方案的慢波传输线的实施方式的透视图；
图2B是图2A所示的慢波传输线的剖视图；
图2C是图2A中所示的慢波传输线的顶视图；
图2D是图2A中所示的慢波传输线的透视图；
图3是根据本申请的非限制性实施方案的微型慢波传输线的实施方式的透视图；
图4是根据本申请的非限制性实施方案的微型慢波传输线的实施方式的透视图；
图5是根据本申请的非限制性实施方案的微型慢波传输线的实施方式的透视图；
图6是根据本申请的非限制性实施方案的微型慢波传输线的实施方式的透视图；
图7是根据本申请的非限制性实施方案的包括慢波结构的移相器的实施方式的透视图；
图8是根据本申请的非限制性实施方案的慢波移相器的实施方式的透视图；和
图9是根据本申请的非限制性实施方案的慢波移相器的实施方式的透视图。
具体实施方式
根据本申请的一个方面，微型慢波传输线可以具有减小的尺寸，从而降低了例如在集成电路中制造微型慢波传输线的成本。在一些实施方案中，微型慢波传输线可以包括具有不对称接地配置的共面波导，以便于微型慢波传输线的宽度减小。在一些实施方案中，微型慢波传输线可以包括在与共面波导分离的层上的非均匀辅助导体，以减小长度而不牺牲微型慢波传输线的期望时间延迟或阻抗。使用一个或多个微型慢波传输线实现的移相器可以具有减小的尺寸，并且同样可以降低生产成本。
传输线可以实现为微波和毫米波电路中的组件，例如相控阵系统或混合结构系统。例如，传输线可以用在平衡-不平衡转换器、匹配组件、延迟线、功率组合器或耦合器中。
在相控阵系统中，许多天线元件可以并联连接以形成阵列，其中信号馈送到阵列中的每个元件。为了产生阵列的期望辐射图案，可以在每个元件处调整信号的相对相位。例如，如果希望辐射图案在给定方向上被操纵，则所接收的信号可以在阵列内相位上升或下降，以便实现期望的转向效果。在雷达应用中，相位延迟或时间延迟电路可用于控制有源阵列雷达系统中的波束控制。
在混合结构系统中，许多电子设备可以被配置为接收信号的许多相移版本。相位延迟或时间延迟电路可用于从输入信号产生相移版本并提供相移输出信号。
相位延迟组件可以实现为电感器-电容器(L-C)网络，并且时间延迟组件可以实现为传输线网络，以便进行相位调整。L-C电路通常用于较低频率(例如，低于20-30GHz)，其中传输线可能很大，但带宽有限。相反，传输线可以提供更宽带的解决方案，但由于尺寸增加而增加了难度和/或成本。L-C相位延迟网络产生“真实”相位延迟，使得相位延迟网络的电感和/或电容可以引入相位调整，而不必调整信号到达网络输出的时间。传输线延迟网络产生“真实的”时间延迟，使得可以通过调整信号到达网络输出的时间来引入相位调整。在相控阵系统中，真正的时间延迟可能是优选的，因为它可以确保沿着不同路径行进的电子信号在规定时间到达目的地。
在许多应用中，传输线的期望电长度可以与线路承载的信号的波长成比例。在某些情况下，这可能导致大的期望传输线长度，导致集成电路中的实现成本增加。因此，可能难以在RF和微波集成电路中有效地利用传输线。
通过降低传输线的传播速度，可以使用较短的物理长度来实现给定的电长度。因此，可以用更短的物理结构实现通过传输线的期望相位或时间延迟。这种传输线通常被称为慢波传输线。慢波传输线可以减小传输线的尺寸和成本，从而便于它们在微波和毫米波应用中的使用。
一些传输线被实现为共面波导(CPW)结构。CPW结构可以包括信号导体和一对接地导体，其布置在同一导电层内的信号导体的任一侧上。例如，信号导体和一对接地导体可以并排制造在诸如印刷电路板或硅晶片的基材上。
一些CPW结构被实现为慢波结构。慢波CPW结构可包括垂直于信号导体方向伸长的浮动辅助导体阵列，并沿信号导体方向设置在信号和接地导体下方的层中。通过电容耦合到辅助导体，可以增加CPW结构的电容，导致传播速度降低。然而，诸如制造导体密度限制的设计约束对具有减小尺寸的慢波传输线产生了额外的挑战。例如，制造商可以限制辅助导体阵列相对于彼此的紧密程度。
对于CPW传输线或慢波CPW传输线，良好的接地可以改善整体性能。CPW可以实施为曲折形状，例如S形，在外形上具有外部接地导体，在形状内部具有内部接地导体。外部接地导体之一和内部接地导体之一可以用作一对接地导体，沿着弯曲路径在其间具有信号导体。
接地导体通常制造得尽可能宽，以接近信号导体周围的无限接地。然而，宽的接地导体可能导致较大的总体尺寸CPW。结构外部的外部接地导体可以在芯片上良好接地。然而，内部接地导体可以表现为电感器。因此，随着内部接地导体变得更长并且电感增加，接地可能劣化。加宽导体可以提供更好的接地操作。但是，这种方法可能会增加CPW线结构的整体尺寸。
本申请的各方面提供了一种呈现非对称接地配置的小型化慢波传输线。CPW结构的信号导体可以电容性地耦合到浮动辅助导体的阵列，并且CPW结构的一对接地导体可以通过通孔阵列导电地耦合到辅助导体。其中一个接地导体可以比另一个接地导体窄，因此减小了整个结构的尺寸。非对称接地配置可以表现出减小的电感，从而通过将一对接地导体通过辅助导体导电耦合来增强接地。
本申请的各方面提供了一种小型化的慢波传输线，即使在例如制造商可能限制导体密度的情况下，也可以选择性地实现增加或减少的延迟。在一些实施方案中，辅助导体阵列的宽度可以在垂直于信号导体方向的方向上变化。设置在该对接地导体下面的一些或所有辅助导体的一部分可以比设置在信号导体下面的一些或所有辅助导体的一部分窄。因此，可以在有限的导体密度下实现增加的电容和由此导致的延迟。或者，设置在一对接地导体下面的一些或所有辅助导体的部分可以比设置在信号导体下面的一些或所有辅助导体的部分宽。因此，在有限的导体密度下可以实现减小的电容和由此导致的延迟。
本申请的各方面提供了一种小型化的慢波传输线，其可以以甚至进一步增加的延迟来实现。在一些实施方案中，一个或多个-并且在一些情况下，每个接地导体可包括朝向信号导体延伸的导电条阵列。接地导体的一些或所有导电条在靠近接地导体的部分处比在靠近信号导体的部分处更窄。来自导电条的增加的电容可能导致小型化慢波传输线的进一步增加的延迟。
本申请的各方面提供了一种微型移相器，其可以使用一个或多个微型慢波传输线来实现。移相器可以包括一个或多个开关，用于响应于从控制器接收的逻辑信号将慢波传输线切换进出可变延迟信号路径。例如，其中一个开关可以将慢波传输线切换到可变延迟信号路径中或从可变延迟信号路径切换出来，从而控制输入到移相器的信号是通过还是绕过慢波传输线。或者，开关可以将第一慢波传输线切换到可变延迟信号路径，并将第二慢波传输线切换出可变延迟信号路径，从而控制信号通过第一慢波传输线并绕过第二慢波传输线。第一和第二慢波传输线可以各自提供具有不同相位延迟的信号。通过结合一个或多个微型慢波传输线，微型移相器可以表现出改进的空间和成本效率。应当理解，在具有1024个天线元件的相控阵系统中，每个天线元件具有多位(例如，6位)移相器，移相器的每个位的尺寸减小可以总和为移相器总体尺寸的显着减小。
本申请的各方面提供了一种使用慢波配置的微型CPW结构，其可以允许中间接地指的宽度减小，同时为电磁(EM)场提供良好的接地。信号线的整体接地可以至少部分地通过具有结构的宽外部迹线的良好接地来提供。内部接地的尺寸可以减小，并通过慢波结构进行补偿，从而保持良好的相位性能和低损耗。
转到附图，图1是根据本申请的一个方面的包括慢波移相器的示例性系统100的框图。在所示实施方案中，系统100包括阻抗匹配网络120、移相器140、控制器180和数字步进衰减器160。阻抗匹配网络120连接到移相器140，并且移相器140连接到数字步进衰减器160。控制器180连接到移相器140。
系统100被配置为在输入110处接收一个或多个信号，并在一个或多个输出190处提供信号的一个或多个相移版本。在一些实施方案中，系统100包括相控阵系统。例如，系统100可以被配置为在输入110处接收输入信号并且在输出190处生成相移输出信号的阵列，用于发送到耦合到系统100的天线元件阵列。在一些实施方案中，系统100包括混合系统。例如，系统100可以被配置为在输入110处接收输入信号并且在输出190处生成两个或更多个相移输出信号，以在耦合到混合系统的电子系统中使用。在一些实施方案中，控制器180还连接到数字步进衰减器160，或连接到外部控制系统(未示出)。在一些实施方案中，阻抗匹配网络120、移相器140、控制器180和数字步进衰减器160包含在单个集成电路封装内。在一些实施方案中，阻抗匹配网络120、移相器140、控制器180和数字步进衰减器160中的一些或全部可以分开地包含在两个或更多个单独的集成电路封装内。应当理解，尽管图1中示出了阻抗匹配网络120和数字步进衰减器160，但是一些实施方案不包括阻抗匹配网络120和/或数字步进衰减器160。
阻抗匹配网络120可以包括耦合到系统100的输入110的输入122和耦合到阻抗变换器的输出124，其中阻抗变换器被配置为匹配阻抗匹配网络120的输入122和输出124之间的阻抗。阻抗匹配网络120的输入122可以被配置为在具有第一阻抗的系统100的输入110处接收信号。阻抗匹配网络120的输出124可以被配置为发送具有可以与第一阻抗不同的第二阻抗的信号。在一些实施方案中，阻抗匹配网络120包括电感器和/或电容器。在一些实施方案中，阻抗匹配网络120包括传输线阻抗变换器。发明人已经认识并理解，包括微型慢波传输线的移相器中的增加的电容可以通过耦合到移相器的输入的电感来匹配。因此，在一些实施方案中，阻抗匹配网络120包括被配置为与移相器的电容匹配的电感。阻抗匹配网络120的输出124耦合到移相器140。
移相器140可包括耦合在一个或多个输入142与一个或多个输出144之间的一个或多个微型慢波传输线。在一些实施方案中，移相器140被配置为在输入142处接收的信号提供可变延迟，包括可切换到可变延迟信号路径中和从可变延迟信号路径切换出的慢波传输线。每个慢波传输线可以是微型慢波CPW，包括信号导体，其中一对接地导体设置在信号导体每侧的同一层上。可结合在移相器140中的微型慢波CPW的各种实施方案在本文中描述，包括结合图2A-2D和3-6。这里描述了移相器140的各种实施方案，包括结合图7-9。移相器140还可以包括一个或多个开关，每个开关被配置为控制移相器140的可变延迟。例如，开关之一可以被配置为接收逻辑信号(例如，一个或多个比特)，并且根据逻辑信号，将一个或多个微型慢波传输线切换到移相器140的可变延迟信号路径中或从移相器140的可变延迟信号路径中切换出来。或者，开关可以被配置为将微型慢波传输线之一切换到移相器140的可变延迟信号路径中，并且根据逻辑信号，将另一个微型慢波传输线从可变延迟信号路径中切换出来。因此，开关可以被配置为控制移相器140的可变延迟。应当理解，可以使用模拟信号而不是数字逻辑信号来交替地控制开关。在所示实施方案中，移相器140的控制输入146耦合到控制器。然而，在一些实施方案中，一个或多个慢波传输线不受开关控制，并且一个或多个慢波传输线的操作是固定的。因此，移相器140可以不耦合到控制器。
控制器180可以包括被配置为控制移相器140的一个或多个开关的模拟或数字电路。例如，控制器180可以包括被配置为将逻辑信号(例如一比特或多比特)传输到移相器140的开关的一个或多个数字逻辑组件。例如，控制器可以被配置为将一个或多个微型慢波传输线切换到移相器140的可变延迟信号路径中或从移相器140的可变延迟信号路径切换出来。在所示实施方案中，控制器180仅耦合到移相器140。然而，应当理解，在一些实施方案中，控制器180另外耦合到外部控制组件，或耦合到系统100中其他地方的控制电路。因此，控制器180可以被配置为接收控制命令并相应地调整移相器140。在所示实施方案中，移相器140的输出144耦合到数字步进衰减器160。
数字步进衰减器160可以包括一个或多个输入162和一个或多个输出164。数字步进衰减器160还可以包括一个或多个放大组件，其被配置为调节输入162的幅度并在输出164处提供调节的输出。例如，移相器140可以在一个或多个延迟线上不等量地损耗。因此，数字步进衰减器160可以被配置为均衡来自一个或多个延迟线的信号的幅度。在相控阵系统中，一个或多个天线元件可以连接到输出164。因此，一个或多个天线元件可以各自接收和发送具有相等幅度的信号。或者，在混合系统中，一个或多个模拟或数字组件可各自接收具有相等幅度的信号。因此，系统100可以被配置为接收一个或多个信号，并在一个或多个输出处提供信号的一个或多个相移版本。
图2A-2D示出了根据本申请的非限制性实施方案的微型慢波传输线200的多个视图。在一些实施方案中，微型慢波传输线可以用在移相器中，例如图1的移相器140。
图2A是微型慢波传输线200的透视图。图2B是微型慢波传输线200的横截面图。图2C是微型慢波传输线200的顶视图。图2D是微型慢波传输线200的透视图。在所示实施方案中，微型慢波传输线200包括CPW。微型慢波传输线200包括信号导体203和设置在基材208的同一层上的一对接地导体201和202。一对接地导体201和202可以设置在信号导体203的相对侧。信号导体203可以与一对接地导体201和202电隔离。该对接地导体201和202可以关于信号导体203不对称。例如，在所示实施方案中，内部接地导体202在垂直于信号导体203的伸长方向的方向上比外部接地导体201窄。
微型慢波传输线200还包括浮动辅助导体阵列205，其具有与信号导体203的伸长方向交叉的长度。例如，在所示实施方案中，辅助导体205具有垂直于信号导体203的伸长方向伸长的长度，阵列沿伸长方向设置。辅助导体205可以设置在信号导体203和一对接地导体201和202下方的基材208的层上。辅助导体205可以电容耦合到信号导体203，并且可以导电地耦合到接地导体201和202。电容耦合到信号导体203的辅助导体205可以降低微型慢波传输线200的传播速度。
信号导体203、接地导体201和202以及辅助导体205可以由铜形成。具有信号导体203和接地导体201和202的层可以是比具有辅助导体205的层更厚的铜层。尽管辅助导体205设置在信号导体203和接地导体201和202下面，在所示的实施方案中，应当理解，辅助导体205可选地或附加地设置在信号导体203和接地导体201和202上方的层上。
可以通过接地导体201和202的不对称配置来减小微型慢波传输线200的尺寸。例如，如果内部接地导体比外部接地导体窄，则接地导体201和202是不对称的。在一些实施方案中，外部接地导体201明显大于内部接地导体202。例如，外部接地导体201可以是在给定移相器的许多或所有微型慢波传输线中使用的大片的一部分。内部接地导体202可以仅用在移相器的一个或两个微型慢波传输线中。在一些实施方案中，外部接地导体201可以设计为最小可允许宽度。在一些实施方案中，内部接地导体202可以比外部接地导体201窄10％。在一些实施方案中，内部接地导体202可以比外部接地导体201窄至少20％。在一些实施方案中，内部接地导体202可以比外部接地导体201窄20％。接地导体202可以比外部接地导体201窄至少50％。在一些实施方案中，内部接地导体202可以比外部接地导体201窄至少75％。在非限制性示例中，接地导体201的宽度可以是100微米，并且接地导体202的宽度可以小于15微米、小于10微米、小于5微米或小于2.5微米。在一些实施方案中，内部接地导体202比信号导体203窄。因此，可以减小微型慢波传输线200的尺寸。
发明人已经认识并理解，可以在非对称接地配置中增加微型慢波传输线200的电感。当内部接地导体202比外部接地导体201窄时，电感的增加可能增加微型慢波传输线200的阻抗，从而产生阻抗不连续性。然而，如果内部接地导体202和外部接地导体201导电耦合，则可以减小电感。在所示实施方案中，接地导体201和202每个可以通过通孔204导电地耦合到辅助导体205，并且因此可以通过辅助导体205彼此耦合。辅助导体205可以表现为并联电感器，其可以累积地降低结构的总电感并改善内部接地导体202的接地。同时，辅助导体205可以电容性地耦合到信号导体203，从而增加结构的总电容。在一些实施方案中，接地导体201和202仅通过一些辅助导体205耦合，并且在替代实施方案中，接地导体201和202通过所有辅助导体205耦合。因此，内部接地导体202可以比外部接地导体201窄，并且可以减小微型慢波传输线200的电感，从而改善CPW结构的接地并减小尺寸。
图3示出了根据本申请的非限制性实施方案的微型慢波传输线300的实现。在所示实施方案中，微型慢波传输线300包括曲折形状的CPW。微型慢波传输线300的第一部分沿第一方向伸长。微型慢波传输线300的第二部分连接到第一部分并沿第一部分设置，并沿与第一方向相反的第二方向伸长。微型慢波传输线300的第三部分连接到第二部分并与第二部分并排设置，并沿第一方向伸长。因此，微型慢波传输线300形成“S”形。应当理解，微型慢波传输线300可以包括比图3所示的更少的部分或更多的部分。图3中所示的微型慢波传输线300的每个部分可以设置在并且可以以结合图2A-2D的微型慢波传输线200描述的方式操作。
图4示出了根据本申请的非限制性实施方案的微型慢波传输线400的实现。在所示实施方案中，传输线包括CPW，CPW被配置为以结合图2A-2D描述的方式操作。然而，在该实施方案中，辅助导体阵列的宽度可以在信号导体403的伸长方向上变化。在说明性实施方案中，辅助导体阵列包括位于信号导体403下面的第一部分405a，以及设置在第一部分405a两侧的第二和第三部分405b和405c。第一部分405a在信号导体403的伸长方向上比第二部分405b和第三部分405c宽。在非限制性示例中，第一部分405a可以比第二部分和第三部分405b和405c宽至少20％，宽20％和200％之间，或该范围内的任何值或值范围，作为非限制性实例。尽管在所示实施方案中辅助导体阵列设置在信号导体403和接地导体401和402下方，但是应当理解，在一些实施方案中，辅助导体阵列可选地或附加地设置在信号导体403和接地导体401和402上方的层上。
通过实现非均匀辅助导体，即使当导体密度限制(例如在制造期间)仅允许沿微型慢波传输线400设置的有限数量的辅助导体时，也可以增加微型慢波传输线400的给定长度的延迟。例如，制造商可以指定辅助导体彼此间隔至少一定距离。有限数量的辅助导体可以限制微型慢波传输线400的电容量和相应的延迟量。然而，如果辅助导体不均匀，辅助导体的较宽部分可以设置在信号导体403下方，用于增加信号导体403和辅助导体之间的寄生电容以及微型慢波传输线400的相应增加的延迟。因此，通过实现非均匀的辅助导体，即使当导体密度限制仅允许有限数量的辅助导体时，也可以在微型慢波传输线400中保持延迟。结果，可以实现具有减小的长度和增加的延迟的微型慢波传输线400。
图5示出了根据本申请的非限制性实施方案的微型慢波传输线500的实施方式。在所示实施方案中，微型慢波传输线500包括类似于结合图4描述的CPW的CPW。然而，在该实施方案中，信号导体503下面的辅助导体的第一部分505a可以在信号导体503的伸长方向上比第二和第三部分505b和505c窄。在非限制性示例中，第一部分505a可以比第二部分505b和第三部分505c窄至少20％。尽管在所示实施方案中辅助导体阵列设置在信号导体503和接地导体501和502下方，但是应当理解，在一些实施方案中，辅助导体阵列可选地或附加地设置在信号导体503和接地导体501和502上方的层上。例如，辅助导体的第一部分505a可以覆盖信号导体503。
通过实现非均匀的辅助导体，即使当导体密度限制(例如在制造期间)仅允许沿微型慢波传输线500设置的有限数量的辅助导体时，也可以在保持阻抗匹配的同时减小微型慢波传输线500的给定长度的延迟。例如，制造商可以指定辅助导体彼此间隔至少一定距离。有限数量的辅助导体可以限制微型慢波传输线500的电容量和相应的延迟量。虽然当期望减小的延迟时这是可接受的，但是有限量的电容可能不会充分减小，并且还可能导致微型慢波传输线500的阻抗增加。然而，如果辅助导体不均匀，辅助导体的较窄部分可以设置在信号导体503下方，用于减小信号导体503和辅助导体之间的寄生电容以及微型慢波传输线500的相应减小的延迟。另外，如果辅助导体在较窄部分之外较宽，则微型慢波传输线500的电感可随着减小的总电容而减小。结果，微型慢波传输线500的阻抗可以保持基本恒定。因此，通过实现非均匀的辅助导体，即使当导体密度限制仅允许有限数量的辅助导体时，也可以在微型慢波传输线500的给定长度内保持阻抗匹配的同时减小延迟。结果，可以实现微型慢波传输线500具有减小的长度和更理想的阻抗。
图6示出了根据本申请的非限制性实施方案的微型慢波传输线600的实现。在所示实施方案中，微型慢波传输线600包括类似于结合图4描述的CPW的CPW。然而，在该实施方案中，外部接地导体601和内部接地导体602均包括朝向信号导体603延伸的导电条。导电条与信号导体603以及外部和内部接地导体601和602设置在同一层中。每个导电条包括靠近信号导体603的第一部分606a和靠近信号导体603的第二部分606b。第二部分606b可以耦合到相应的接地导体，并且第一部分606b可以从第二部分606b朝向信号导体603延伸。在一些实施方案中，第一部分606a在信号导体603的伸长方向上比第二部分606b宽。在一些实施方案中，导电条的第一和第二部分606a和606b具有均匀的宽度。尽管在所示实施方案中辅助导体阵列设置在信号导体603和接地导体601和602下方，但应当理解，在一些实施方案中，辅助导体阵列可选地或附加地设置在信号导体603和接地导体601和602上方的层上。
通过使导电条设置在与信号导体603和接地导体601和602相同的层中，并且从一个或两个接地导体朝向信号导体603延伸，可以进一步增加微型慢波传输线600的延迟。导电条的加宽的第二部分606b可以设置在信号导体603附近，用于电容耦合到信号导体603。因此，可以增加微型慢波传输线600的总电容，从而导致结构延迟增加。结果，可以实现具有减小的长度和增加的延迟的微型慢波传输线600。
图7示出了根据本申请的非限制性实施方案的包括慢波结构的移相器700的实施方式。在所示实施方案中，移相器700包括输入707a、输出707b、配置成控制从输入707a到输出707b的可变延迟信号路径的开关710，以及可切换进出输入707a和输出707b之间的可变延迟信号路径的微型慢波传输线。微型慢波传输线可以被配置为以结合图4描述的方式操作。移相器700被配置为将可变相移引入到在输入707a处接收的信号。例如，当微型慢波传输线切换到可变延迟信号路径时，移相器700可以对在输入707a处接收的信号引入延迟，并在输出707b处产生信号的相移版本。当微型慢波传输线从可变延迟信号路径切换出时，输入707a和输出707b连接在一起，绕过微型慢波传输线并在输出707b处提供很小的相移或不提供相移。因此，在输出707b处提供的信号将基本上等于在输入707a处接收的信号。
开关710可以被配置为将微型慢波传输线切换到输入707a和输出707b之间的可变延迟信号路径中和从其中切换。开关710可以包括一个或多个晶体管，例如MOSFET，其被配置为将微型慢波传输线切换到连接移相器700的输入707a和输出707b的可变延迟信号路径中或从其中切换。例如，一个晶体管的信道可以包括与微型慢波传输线并联的旁路路径，晶体管的漏极耦合到输入707a，源极耦合到移相器700的输出707b，以及晶体管的栅极可以被配置为例如从控制器180接收控制信号。或者，漏极可以连接到输出707b，并且源极可以连接到输入707a。在一些实施方案中，控制信号可以包括单个位。或者，控制信号可包括多个位，或模拟或混合A/D信号。在第一种配置中，晶体管可以在栅极处接通，并且被配置为通过将输入707a连接到输出707b而将微型慢波传输线切换出可变延迟信号路径，从而绕过微型慢波传输线。在第二种配置中，晶体管可以在栅极处断开，从而包括开路，使得微型慢波传输线切换到可变延迟信号路径。微型慢波传输线可以包括用于在输入707a处接收的信号到达输出707b的最小电阻路径。或者，当微型慢波传输线从可变延迟信号路径切换出时，在输入707a处接收的信号可以通过与微型慢波传输线并行的导体路由。在一些实施方案中，晶体管可以被配置为接收多个控制信号。在一些实施方案中，晶体管可以被配置为接收单个控制信号，其中一些晶体管被配置为接收单个控制信号的修改(例如，反转)版本。
应当理解，在一些实施方案中，移相器700可以包括结合图2A-2D和3-6描述的微型慢波传输线的任何或所有实施方案的特征。例如，移相器700可以包括从接地导体701和702朝向信号导体703延伸的导电条，如本文所述，包括参考图6。另外，微型慢波传输线的不同实施方案可以与移相器700一起实现。例如，移相器700的第一微型慢波传输线可以包括导电条，并且移相器700的第二微型慢波传输线可以不包括导电条。
图8示出了根据本申请的非限制性实施方案的慢波移相器800的实施方式。在所示实施方案中，移相器800包括输入807a、输出807b、一个或多个开关810(其配置成控制从输入807a到输出807b的可变延迟信号路径)，以及多个可切换到可变延迟信号路径中或从可变延迟信号路径中切换出来的微型慢波传输线。微型慢波传输线可以被配置为以结合图4描述的方式操作。移相器800被配置为将可变相移引入到在输入807a处接收的信号。例如，当第一个微型慢波传输线(例如，具有信号导体803)被切换到可变延迟信号路径中并且第二个微型慢波传输线(例如，具有信号导体813)从可变延迟信号路径切换出来时，移相器800可以将第一延迟引入在输入807a处接收的信号，从而在输出807b处产生信号的第一相移版本。当第二个微型慢波传输线切换到可变延迟信号路径并且第一个微型慢波传输线从可变延迟信号路径切换出来时，移相器800可以对输入807a处接收的信号引入第二延迟，导致输出807b处的信号的第二相移版本。开关810可以被配置为将微型慢波传输线切换到输入807a和输出807b之间的可变延迟信号路径中或从其中切换。
第一和第二微型慢波传输线的延迟可能不同，导致信号的不同相移版本取决于可变延迟信号路径的延迟。在所示实施方案中，第一微型慢波传输线的信号导体长度比第二微型慢波传输线长。因此，与第二微型慢波传输线相比，第一微型慢波传输线提供增加的延迟。在一些实施方案中，第一微型慢波传输线表现出比第二微型慢波传输线更慢的波速。
开关810可以包括一个或多个晶体管，例如MOSFET，其被配置为根据晶体管状态将第一和第二传输线切换到移相器800的输入807a和输出807b之间的可变延迟信号路径中或从其中切换出来。例如，第一晶体管的信道可以耦合在输入807a和第一微型慢波传输线之间，第二晶体管可以耦合在第一微型慢波传输线和移相器的输出807b之间。第三晶体管的信道可以耦合在输入807a和第二微型慢波传输线之间，第四晶体管可以耦合在第二微型慢波传输线和移相器的输出807b之间。第一和第二晶体管的栅极可以配置为接收控制信号。第三和第四晶体管的栅极可以被配置为接收控制信号的修改(例如，反转)版本。在一些实施方案中，控制信号可以包括单个位。或者，控制信号可包括多个位，或模拟或混合A/D信号。在第一配置中，可以接通第一和第二晶体管，并且可以关断第三和第四晶体管。第一和第二晶体管可以被配置为将第一微型慢波传输线切换到输入807a到输出807b之间的可变延迟信号路径，并且第三和第四晶体管可以包括开路以将第二微型慢波传输线从可变延迟信号路径切换出。在第二种配置中，第三和第四晶体管导通，第一和第二晶体管关断。第三和第四晶体管可以被配置为将第二微型慢波传输线切换到输入807a与输出之间的可变延迟信号路径，并且第一和第二晶体管可以包括开路，用于将第一微型慢波传输线从可变延迟信号路径切换出。在一些实施方案中，第一、第二、第三和第四晶体管被配置为接收多个控制信号。在一些实施方案中，多对微型慢波传输线耦合在输入807a和输出807b之间，并且对应于每对的多个开关或多组开关可以接收不同的控制信号。例如，6位移相器可以包括6对微型慢波传输线，每比特控制一对。因此，开关810可以被配置为将第一和第二微型慢波传输线切换进入和移出移相器800的输入807a和输出807b之间的可变延迟信号路径。
应当理解，结合图2A-2D和3-6描述的微型慢波传输线的任何或所有实施方案可以实现为移相器800中的一些或所有微型慢波传输线。另外，微型慢波传输线的多个不同实施方案可以在移相器800中一起实现。
图9示出了根据本申请的非限制性实施方案的慢波移相器900的实施方式。在说明性实施方案中，移相器900包括输入907a、输出907b、配置成控制从输入907a到输出907b的可变延迟信号路径的开关910和920，以及可切换进出可变延迟信号路径的微型慢波传输线。微型慢波传输线通过连接迹线908耦合在一起，并且每个可以被配置为以结合图4描述的方式操作。移相器900被配置为将可变相移引入到在输入907a处接收的信号。例如，微型慢波传输线可以通过连接迹线908切换成串联级联和串联级联。开关910可以被配置为将第一和第二微型慢波传输线切换到或从输入907a到输出907b的可变延迟信号路径切换出，以及开关920可以被配置为通过连接迹线908将第三和第四微型慢波传输线切换到与第一和第二微型慢波传输线之一串联的可变延迟信号路径中或从其中切换出来。第一、第二、第三和第四微型慢波传输线可以配置成提供彼此不同的延迟，导致切换进出可变延迟信号路径的微型慢波传输线的可变延迟。
移相器900可以被配置为在输入907a和输出907b之间提供可变延迟，这取决于四个所示微型慢波传输线中的哪一个被切换到可变延迟信号路径中或从可变延迟信号路径切换出来。例如，当第一和第三微型慢波传输线(例如，分别具有信号导体903和923)被切换到可变延迟信号路径并且第二和第四微型慢波传输线(例如，分别具有信号导体913和933)从可变延迟信号路径切换出时，移相器900可以将第一延迟引入在输入907a处接收的信号，从而在输出907b处产生信号的第一相移版本。当第一和第四微型慢波传输线切换到可变延迟信号路径并且第二和第三微型慢波传输线从可变延迟信号路径切换出时，移相器900可以对输入907a处接收的信号引入第二延迟，导致在输出907b处的信号的第二相移版本。当第二和第三微型慢波传输线切换到可变延迟信号路径时，移相器900可以引入第三延迟，从而在输出907b处产生信号的第三相移版本。当第二和第四微型慢波传输线切换到可变延迟信号路径时，移相器900可以引入第四延迟，从而在输出907b处产生信号的第四相移版本。第一、第二、第三和第四微型慢波传输线的延迟可以不同，导致信号的第一、第二、第三和第四相移版本不同。应当理解，移相器900可以包括大于或小于四个微型慢波传输线。例如，第二连接迹线可以将输出907b耦合到第五微型慢波传输线。
在一些实施方案中，微型慢波传输线可以被配置为由于物理长度和/或波速的差异而提供不同的延迟。可选地或另外地，在一些实施方案中，第一、第二、第三和第四微型慢波传输线中的一些的延迟可以相等。例如，第一和第三微型慢波传输线可以被配置为提供相等的延迟，第二和第四微型慢波传输线可以被配置为提供相等的延迟。应当理解，微型慢波传输线可以以任何顺序配置而不管延迟。
移相器900还包括多组开关910和920，其被配置为响应于从诸如结合图1描述的控制器180的控制器接收的控制信号，将微型慢波传输线切换到输入907a和输出907b之间的可变延迟信号路径中或从其中切换出来。在一些实施方案中，诸如910或920的一组开关可以被配置为控制一对微型慢波传输线，使得该对中的第一个切换到可变延迟信号路径中，并且该对中的第二个从可变延迟信号路径切换出来，这取决于从控制器接收的位。例如，6比特移相器可以包括6对串联耦合的微型慢波传输线，其中一个比特控制每对微型慢波传输线。或者，这些对中的一个或多个可以包括可切换到可变延迟信号路径中或从可变延迟信号路径切换出的单个微型慢波传输线，使得当切换时，没有微型慢波传输线被切换到可变延迟信号路径中。例如，微型慢波传输线可以通过如本文结合图7所述的短路来绕过。因此，开关可以被配置为将微型慢波传输线切换到从移位器900的输入907a到输出907b的可变延迟信号路径中或从其中切换出来。
应当理解，结合图2A-2D和3-6描述的微型慢波传输线的任何或所有实施方案可以实现为移相器900中的一些或所有微型慢波传输线。另外，微型慢波传输线的多个不同实施方案可以一起在移相器900中实现。
术语“大约”和“大概”在一些实施方案中可以用于表示在目标值的±20％内，在一些实施方案中在目标值的±10％内，在一些实施方案中在目标值的±5％内，并且在一些实施方案中在目标值的±2％范围内。术语“大约”和“大概”可以包括目标值。

Claims (23)

1.一种微型慢波传输线，包括：
基材；
在所述基材的第一层上制造的信号导体；
在所述第一层上制造的第一和第二接地导体，设置在所述信号导体的相对侧并且围绕所述信号导体是不对称的；和
在所述基材的第二层上制造的多个辅助导体，电容地耦合到所述信号导体并导电地耦合到所述第一和第二接地导体，其中所述多个辅助导体的第一辅助导体具有与所述信号导体的伸长方向交叉的长度，并且还具有变化至少20％的宽度。
2.根据权利要求1所述的微型慢波传输线，其中第一接地导体在第一方向上比第二接地导体窄至少20％，第一方向基本垂直于所述信号导体的伸长方向。
3.根据权利要求1所述的微型慢波传输线，其中所述多个辅助导体的第一辅助导体包括位于所述信号导体之下或之上的第一部分、以及位于所述第一部分一侧上的第二和第三部分，所述第一部分的宽度比所述第二和第三部分的宽度大至少20％。
4.根据权利要求1所述的微型慢波传输线，其中所述多个辅助导体的第一辅助导体包括位于所述信号导体之下或之上的第一部分、以及位于所述第一部分一侧上的第二和第三部分，所述第一部分的宽度比所述第二和第三部分的宽度小至少20％。
5.根据权利要求2所述的微型慢波传输线，其中所述第一接地导体在第一方向上比所述第二接地导体窄至少50％。
6.根据权利要求5所述的微型慢波传输线，其中所述第一接地导体在第一方向上比所述第二接地导体窄至少75％。
7.根据权利要求1所述的微型慢波传输线，其中所述第一接地导体包括朝向所述信号导体延伸的多个导电条，所述多个导电条的第一导电条具有靠近所述信号导体的第一部分和远离所述信号导体的第二部分，所述第一部分在所述信号导体的伸长方向上比所述第二部分宽。
8.根据权利要求1所述的微型慢波传输线，还包括在所述基材的第三层上制造的第二多个辅助导体，电容地耦合到所述信号导体并导电地耦合到所述第一和第二接地导体，所述第二多个辅助导体包括：
第一辅助导体，具有与所述信号导体的伸长方向交叉的长度，并且包括位于所述信号导体之下或之上的第一部分、以及位于所述第一部分一侧上的第二和第三部分，所述第一部分的宽度比所述第二和第三部分的宽度小或大至少20％。
9.根据权利要求1所述的微型慢波传输线，其中，在沿着所述信号导体的伸长方向的第一点处，所述信号导体是在第一方向上设置在所述第一接地导体和第二接地导体之间的唯一信号导体，第一方向基本垂直于所述信号导体的伸长方向。
10.一种移相器，包括：
基材；
所述移相器的输入和输出之间的可变延迟信号路径，包括可切换进出所述可变延迟信号路径的多个慢波传输线，所述多个慢波传输线的第一慢波传输线包括：
所述基材的第一层上的信号导体；
在所述第一层上的第一和第二接地导体，设置在所述信号导体的相对侧并且围绕所述信号导体是不对称的；和
在所述基材的第二层上的多个辅助导体，电容地耦合到所述信号导体并导电地耦合到所述第一和第二接地导体，其中所述多个辅助导体的第一辅助导体具有与所述信号导体的伸长方向交叉的长度，并且包括位于所述信号导体之下或之上的第一部分、以及位于所述第一部分一侧上的第二和第三部分，所述第一部分的宽度比所述第二和第三部分的宽度小或大至少20％。
11.根据权利要求10所述的移相器，其中第一接地导体在第一方向上比第二接地导体窄至少20％，第一方向基本垂直于所述信号导体的伸长方向。
12.根据权利要求11所述的移相器，其中所述第一接地导体在第一方向上比所述第二接地导体窄至少50％。
13.根据权利要求10所述的移相器，其中所述可变延迟信号路径被配置为使得当所述第一慢波传输线切换进入所述可变延迟信号路径时，所述多个慢波传输线的第二慢波传输线从所述可变延迟信号路径切换出来。
14.根据权利要求13所述的移相器，其中所述第一慢波传输线被配置为提供与所述第二慢波传输线不同的延迟。
15.根据权利要求10所述的移相器，其中切换进出所述可变延迟信号路径的多个慢波传输线由一个或多个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的状态控制。
16.根据权利要求10所述的移相器，其中所述多个慢波传输线的第二慢波传输线可切换进出与所述第一慢波传输线串联的级联。
17.根据权利要求10所述的移相器，其中，在沿着所述信号导体的伸长方向的第一点处，所述信号导体是在第一方向上设置在所述第一接地导体和第二接地导体之间的唯一信号导体，第一方向基本垂直于所述信号导体的伸长方向。
18.一种系统，包括：
移相器，包括：
基材；
所述移相器的输入和输出之间的可变延迟信号路径，包括可切换进出所述可变延迟信号路径的多个慢波传输线，所述多个慢波传输线的第一慢波传输线包括：
所述基材的第一层上的信号导体；
在所述第一层上的第一和第二接地导体，设置在所述信号导体的相对侧并且围绕所述信号导体是不对称的；
在所述基材的第二层上的多个辅助导体，电容地耦合到所述信号导体并导电地耦合到所述第一和第二接地导体，其中所述多个辅助导体的第一辅助导体具有与所述信号导体的伸长方向交叉的长度，并且包括位于所述信号导体之下或之上的第一部分、以及位于所述第一部分一侧上的第二和第三部分，所述第一部分的宽度比所述第二和第三部分的宽度大或小至少20％；和
控制器，包括一个或多个组件，被配置为将逻辑信号发送到多个开关，以控制所述多个慢波传输线切换进出所述可变延迟信号路径。
19.根据权利要求18所述的系统，其中第一接地导体在第一方向上比第二接地导体窄至少20％，第一方向基本垂直于所述信号导体的伸长方向。
20.根据权利要求18所述的系统，其中所述可变延迟信号路径被配置为使得当所述第一慢波传输线切换进入所述可变延迟信号路径时，所述多个慢波传输线的第三慢波传输线从所述可变延迟信号路径切换出来。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述第一慢波传输线被配置为提供与所述第三慢波传输线不同的延迟。
22.根据权利要求19所述的系统，其中所述第一接地导体在第一方向上比所述第二接地导体窄至少50％。
23.根据权利要求18所述的系统，其中所述多个慢波传输线的第二慢波传输线可切换进出与所述第一慢波传输线串联的级联。
CN201910965580.0A 2018-10-12 2019-10-12 具有不对称接地的微型慢波传输线和相关移相器系统 Active CN111048877B (zh)

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