CN115395195B - 一种非规则宽带槽线结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非规则宽带槽线结构，属于槽线设计技术领域。该槽线为非规则槽线，宽度沿高度方向变化，使得非规则槽线的特征阻抗等于多阶阻抗之和，特征阻抗灵活多变，这一特点使得非规则槽线能够在宽带内工作，工作性能也很稳定。而基于非规则槽线设计的微带‑槽线过渡传输结构可以借助于非规则槽线的特征阻抗灵活多变的优点，灵活调节输出信号的幅度和相位，这一特点使得微带‑槽线过渡传输结构能够在宽带内提供等幅度并且反相的输出信号。
Description
技术领域
本发明涉及槽线设计技术领域，设计了一种能够在宽带中实现稳定信号输出的非规则宽带槽线结构。
背景技术
槽线作为一种新型平面传输线，被广泛的应用在微波电路和天线的设计中。槽线通常是在介质基板的一侧的金属层上蚀刻一条窄槽所形成的，槽线的特征阻抗与窄槽的宽度以及介质基板的厚度有关。槽线在微波电路中有许多独特的应用。例如，利用其特有的高阻抗特性，设计高阻抗传输线；利用其槽线两侧垂直电场分量的反相特性，设计差分电路。槽线不仅可以作为微波传输线单独使用，又能与其他传输线结合使用，常在介质基板的两侧分别蚀刻微带线和槽线，两者在空间上呈垂直排布，形成微带-槽线过渡传输结构。
然而随着通信技术的飞速发展，无线频谱资源的日趋密集，使得通信设备的集成度逐渐增加，工作频段宽带化成为趋势。而现有的槽线通常为规则槽线，其因为规则槽线的宽度和长度不变，谐振频率固定，只能在窄带工作，不能满足宽带化的需求。同时，因为传统的规则槽线的特征阻抗比较高，并且阻抗恒定，这严重制约了微带-槽线过渡传输结构的带宽和工作性能，为了降低槽线的特征阻抗，通常采用介电常数较大的介质基板(介电常数通常为10-20之间)，而高介电常数的介质基板会使电场束缚在槽线周围，不利于天线设计。
基于此，亟需一种新型的槽线。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的非规则宽带槽线结构，通过改变槽线形状，能够满足在宽带中实现稳定信号输出的需求。为验证设计有效性，将该槽线应用至微带-槽线过渡传输结构，能够在不采用介电常数较大的介质基板的前提下，不再制约微带-槽线过渡传输结构的带宽和工作性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种非规则宽带槽线结构，所述槽线结构为非规则槽线；所述非规则槽线的宽度沿高度方向变化。
在一些实施例中，所述非规则槽线的形状的设计方法为：
在规则槽线的第一边界和/或第二边界上确定若干个位置点；所述规则槽线的宽度沿高度方向均相同；在同一边界上的所述位置点的高度各不相同；
对于每一所述位置点，将所述位置点沿宽度方向进行随机移动，得到新的位置点；
根据所述新的位置点重新绘制所述第一边界和所述第二边界，得到所述非规则槽线的形状。
在一些实施例中，所述位置点的数量为4个。
在一些实施例中，各个所述位置点的高度均不相同。
在一些实施例中，所述非规则槽线的两条边界中心对称。
一种微带-槽线过渡传输结构，所述过渡传输结构包括：第一介质基板、在所述第一介质基板的第一侧面上蚀刻的金属层、在所述金属层上蚀刻的槽线以及在所述第一介质基板的第二侧面上蚀刻的微带结构；所述槽线将所述金属层划分为左金属层和右金属层；所述微带结构横跨所述槽线，且与所述槽线垂直；所述槽线为上述的非规则槽线。
在一些实施例中，所述第一介质基板为玻璃纤维环氧树脂介质基板。
在一些实施例中，所述微带结构包括第一线组、第二线组和开路枝节；所述第二线组横跨所述槽线，并与所述槽线垂直，且靠近所述第一介质基板的上端设置；所述第一线组的一端与所述第二线组的一端相连接，所述第一线组的另一端向靠近所述第一介质基板的下端的方向延伸；所述开路枝节的一端与所述第二线组的另一端相连接，所述开路枝节的另一端向靠近所述第一介质基板的下端的方向延伸；所述第一线组和所述第二线组均由若干条金属微带线依次连接组成。
在一些实施例中，所述过渡传输结构的输入端口分别与所述第一线组的另一端和所述金属层相连接；所述过渡传输结构的第一输出端口与所述左金属层的上端相连接；所述过渡传输结构的第二输出端口与所述右金属层的上端相连接。
在一些实施例中，所述左金属层和所述右金属层的下端垂直设置有第二介质基板；所述第二介质基板与所述左金属层和所述右金属层相接触的一侧设置有金属接地面。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种非规则宽带槽线结构，并且基于此结构设计了一款微带-槽线过渡传输结构。该槽线为非规则槽线，宽度沿高度方向变化，使得非规则槽线的特征阻抗等于多阶阻抗之和，特征阻抗灵活多变，这一特点使得非规则槽线能够在宽带内工作，工作性能也很稳定。而基于非规则槽线设计的微带-槽线过渡传输结构可以借助于非规则槽线的特征阻抗灵活多变的优点，灵活调节输出信号的幅度和相位，这一特点使得微带-槽线过渡传输结构能够在宽带内提供等幅度并且反相的输出信号。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1所提供的槽线的示意图；
图2为本发明实施例1所提供的槽线的等效电路图；
图3为本发明实施例2所提供的过渡传输结构的示意图；
图4为本发明实施例2所提供的过渡传输结构的等效电路图；
图5为本发明实施例2所提供的性能对比曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种非规则宽带槽线结构，该结构通过改进槽线宽带，能够满足宽带化的需求。为验证该结构设计的有效性，将该槽线应用至微带-槽线过渡传输结构，能够在不采用介电常数较大的介质基板的前提下，不再制约微带-槽线过渡传输结构的带宽和工作性能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
本实施例用于提供一种非规则宽带槽线结构，该槽线为非规则槽线，非规则槽线的宽度沿高度方向变化。
本实施例的非规则槽线的形状的设计方法为：
(1)在规则槽线的第一边界和/或第二边界上确定若干个位置点。规则槽线即为由第一边界和第二边界组成的窄槽，第一边界和第二边界相平行，二者之间的距离即为规则槽线的宽度，即规则槽线的宽度沿高度方向均相同。本实施例可仅在第一边界上确定多个位置点，也可仅在第二边界上确定多个位置点，还可在第一边界上确定部分位置点，同时在第二边界上确定部分位置点。在同一边界上的位置点的高度各不相同，优选的，所选取的各个位置点的高度均不相同。
(2)对于每一位置点，将该位置点沿宽度方向进行随机移动，得到新的位置点，即将每一位置点左右摆动，确定其新的位置，得到新的位置点。
(3)根据新的位置点重新绘制第一边界和第二边界，得到非规则槽线的形状。
本实施例中位置点的数量为4个，如图1所示，在传统的等宽规则槽线的基础上，沿着y轴的虚线(Y1，Y2，Y1即为第一边界，Y2即为第二边界)随机选取高度不一的X1，X2，X3，X4四个位置点，并将X1，X2，X3，X4四个位置点沿着x轴左右摆动，得到新的位置点，再根据新的位置点重新绘制第一边界和第二边界，此时，槽线宽度发生改变，槽线呈不规则形状，得到本实施例的非规则槽线。
相比传统规则槽线只有固定的特征阻抗Zs，非规则槽线通过传统规则槽线边界上点的左右摆动，使得槽线宽度大小不一，它的特征阻抗等于多阶阻抗之和，阻抗变化更加灵敏，具有更好的电特性。
优选的，非规则槽线的两条边界中心对称，即构成非规则槽线的两条边界按照中心对称排布，非规则槽线的电场分布是共面横向跨越槽而存在，槽两边的电势是相反的。
本实施例的槽线可以应用于非规则槽线结构，如图1所示，非规则槽线结构包括一块一侧蚀刻有金属层的第一介质基板die1，第一介质基板die1可为玻璃纤维环氧树脂(FR4)介质基板，金属层上蚀刻有非规则槽线，金属层被其中间蚀刻的宽度不一的非规则槽线分成左金属层f1和右金属层f2。因为槽线的特征阻抗Z＝Z1+Z2+αβ，其中，Z2＝120.75-3.74ε；ε为第一介质基板的介电常数；h为第一介质基板的厚度；λ为第一介质基板的波长；d为槽线的宽度。而本实施例的非规则槽线结构的第一介质基板的介电常数ε，厚度h和波长λ都是固定的常数，只有非规则槽线的宽度d是变化的，所以本实施例的非规则槽线的特征阻抗等于多阶阻抗之和，特征阻抗灵活多变。本实施例的非规则槽线的等效电路图如图2所示。
本实施例用于提供一种非规则宽带槽线，在规则槽线的基础上引入多个位置点，通过位置点的左右摆动，使得槽线宽度不一，形成非规则槽线。因为槽线的特征阻抗与槽线的宽度有关，所以宽度不一的槽线缝隙会使得非规则槽线的特征阻抗等于多阶阻抗之和，特征阻抗灵活多变，这一特点使得非规则槽线能够在宽带内工作，工作性能也很稳定。
实施例2：
本实施例用于提供一种微带-槽线过渡传输结构，所述过渡传输结构包括：第一介质基板、在第一介质基板的第一侧面上蚀刻的金属层、在金属层上蚀刻的槽线以及在第一介质基板的第二侧面上蚀刻的微带结构。槽线将金属层划分为左金属层和右金属层，微带结构横跨槽线，且与槽线垂直。本实施例的槽线为实施例1所述的非规则槽线。
本实施例中，第一介质基板可为玻璃纤维环氧树脂介质基板。
本实施例的微带结构包括第一线组、第二线组和开路枝节，第二线组横跨槽线，并与槽线垂直，且靠近第一介质基板的上端设置，第一线组的一端与第二线组的一端相连接，第一线组的另一端向靠近第一介质基板的下端的方向延伸，开路枝节的一端与第二线组的另一端相连接，开路枝节的另一端向靠近第一介质基板的下端的方向延伸，第一线组和第二线组均由若干条金属微带线依次连接组成。
本实施例的过渡传输结构的输入端口分别与第一线组的另一端和金属层相连接，第一输出端口与左金属层的上端相连接，第二输出端口与右金属层的上端相连接。
左金属层和右金属层的下端垂直放置有第二介质基板，第二介质基板与左金属层和右金属层相接触的一侧设置有金属接地面。
针对传统规则槽线特征阻抗固定，工作带宽较窄的问题，本实施例先设计了一种非规则槽线，通过位置点的左右摆动，改变槽线缝隙的宽度，使得非规则槽线的特征阻抗等于多阶阻抗之和，特征阻抗灵活多变，这一特点使得非规则槽线能够在宽带内工作，工作性能也很稳定。与传统的规则槽线相比，本实施例的非规则槽线具有宽带，阻抗灵活多变，结构紧凑，输出平衡性优良，结构简单等优点。而基于非规则槽线设计的微带-槽线过渡传输结构可以通过位置点的左右摆动，改变槽线特征阻抗，灵活调节输出信号的幅度和相位，这一特点使得微带-槽线过渡传输结构能够在宽带内提供等幅度并且反相的输出信号。
为了证明非规则槽线的工作性能的优越性，以及证明基于该非规则槽线所设计的微带-非规则槽线过渡传输结构相较于传统的微带-规则槽线过渡传输结构能够在宽带内实现等幅度并且反相的信号输出，本实施例设计了一款工作频段为2.3-5GHz的微带-非规则槽线过渡传输结构，该结构通过HFSS三维立体建模仿真设计，具体模型如图3所示。
微带-非规则槽线过渡传输结构包括：第一介质基板die1，以及分别位于第一介质基板die1两侧的非规则槽线结构和微带结构，两者呈立体垂直排布。非规则槽线结构包括在第一介质基板die1的第一侧面上蚀刻的金属层、在金属层上蚀刻的非规则槽线。微带结构由蚀刻在第一介质基板die1的第二侧面上的三条金属微带线和一条开路枝节组成，第一金属微带线的末端靠近第一介质基板die1的底端设置，第一金属微带线、第二金属微带线和第三金属微带线依次连接，第三金属微带线横跨非规则槽线，且靠近第一介质基板die1的上端设置，开路枝节一端与第三金属微带线的一端连接，另一端向靠近第一介质基板die1的底端的方向延伸。输入端口Port1分别与第一金属微带线的末端和第一侧面上蚀刻的金属层相连，能量依次通过三条金属微带线和一条开路枝节，左金属层和右金属层上端分别连接输出端口Port2和Port3，下端均垂直放置于第二介质基板die2上，金属接地面gnd蚀刻在第二介质基板die2的顶部。
第一介质基板die1和第二介质基板die2均采用介电常数为4.4的玻璃纤维环氧树脂(FR4)材料，厚度均为0.8mm，第一介质基板die1的高h为21mm，金属接地面gnd的大小为39.1mm×39.1mm。第一金属微带线、第二金属微带线、第三金属微带线和开路枝节的长度分别为L1＝3.26mm，L2＝8.54mm，L3＝10mm，L4＝10.5mm，特征阻抗分别表示为Z1，Z2，Z3和Z4。
微带线和馈点槽线之间的耦合可以表示为理想的变压器，通过槽线和微带线的电磁耦合来实现能量的传递。为了更方便地描述分析，变压器的匝数比设置为1:1，则该微带-非规则槽线过渡传输结构的等效电路图如图4所示。
由图5可以得到，在2.3-5GHz的工作带宽内，所设计的微带-非规则槽线过渡传输结构两个输出端口Port2和Port3的幅度差在±0.3dB以内，相位差为180.3°±3°。而传统的微带-规则槽线过渡传输结构两个输出端口幅度差在±1.6dB以内，相位差为175.5°±12.5°。由此可见，本实施例所设计的微带-非规则槽线过渡传输结构具有结构简单、宽带、平衡输出等优点，在微波电路和天线的设计中有着良好的应用前景。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种非规则宽带槽线结构，其特征在于，所述槽线结构为非规则槽线；所述非规则槽线的宽度沿高度方向变化；
所述非规则槽线的形状的设计方法为：
在规则槽线的第一边界和/或第二边界上确定若干个位置点；所述规则槽线的宽度沿高度方向均相同；在同一边界上的所述位置点的高度各不相同；
对于每一所述位置点，将所述位置点沿宽度方向进行随机移动，得到新的位置点；
根据所述新的位置点重新绘制所述第一边界和所述第二边界，得到所述非规则槽线的形状。
2.根据权利要求1所述的槽线结构，其特征在于，所述位置点的数量为4个。
3.根据权利要求1所述的槽线结构，其特征在于，各个所述位置点的高度均不相同。
4.根据权利要求1所述的槽线结构，其特征在于，所述非规则槽线的两条边界中心对称。
5.一种微带-槽线过渡传输结构，其特征在于，所述过渡传输结构包括：第一介质基板、在所述第一介质基板的第一侧面上蚀刻的金属层、在所述金属层上蚀刻的槽线以及在所述第一介质基板的第二侧面上蚀刻的微带结构；所述槽线将所述金属层划分为左金属层和右金属层；所述微带结构横跨所述槽线，且与所述槽线垂直；所述槽线为权利要求1-4任一项所述的非规则槽线。
6.根据权利要求5所述的过渡传输结构，其特征在于，所述第一介质基板为玻璃纤维环氧树脂介质基板。
7.根据权利要求5所述的过渡传输结构，其特征在于，所述微带结构包括第一线组、第二线组和开路枝节；所述第二线组横跨所述槽线，并与所述槽线垂直，且靠近所述第一介质基板的上端设置；所述第一线组的一端与所述第二线组的一端相连接，所述第一线组的另一端向靠近所述第一介质基板的下端的方向延伸；所述开路枝节的一端与所述第二线组的另一端相连接，所述开路枝节的另一端向靠近所述第一介质基板的下端的方向延伸；所述第一线组和所述第二线组均由若干条金属微带线依次连接组成。
8.根据权利要求7所述的过渡传输结构，其特征在于，所述过渡传输结构的输入端口分别与所述第一线组的另一端和所述金属层相连接；所述过渡传输结构的第一输出端口与所述左金属层的上端相连接；所述过渡传输结构的第二输出端口与所述右金属层的上端相连接。
9.根据权利要求8所述的过渡传输结构，其特征在于，所述左金属层和所述右金属层的下端垂直设置有第二介质基板；所述第二介质基板与所述左金属层和所述右金属层相接触的一侧设置有金属接地面。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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