CN115395196A - 一种基于悬置微带线的改进匹配结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于悬置微带线的改进匹配结构,属于毫米波及太赫兹技术领域,包括介质基片,位于介质基片上表面的N节串联的金属导带,位于介质基片下方的下空气腔,以及位于介质基片上方并与N节金属导带一一对应的N节串联的上空气腔。本发明通过分别调节N节金属导带的长宽尺寸、N节上空气腔的高度以及下空气腔的高度,实现阻抗匹配和相位匹配,并大大增加阻抗的可调节范围,具有结构简单、电路兼容性好等优点。
Description
技术领域
本发明属于毫米波及太赫兹技术领域,具体涉及一种基于悬置微带线的改进匹配结构。
背景技术
在微波及以上频率范围内,阻抗匹配是一个极其重要且必备的组成部分,影响整个电路的性能。匹配情况直接影响电路的回波性能、输出效率以及接口设计等,而这些是所有微波器件和系统的必备指标。随着频率的升高,传统集总参数模型和电路已经不再适用,电磁波的分布效应占主导地位,不能再使用低频电路中的电容电感等进行匹配网络的设计,必须采用高频的传输线进行匹配。悬置微带线有着高频性能好、Q值高、损耗低、功率容量大等特点,被广泛应用于毫米波和太赫兹电路中。
在毫米波及太赫兹系统中,由于频率较高波长较短,导致整体电路尺寸缩小,为了追求高可靠性和小型化,以实现集成化设计,往往对匹配网络的形式和尺寸要求很高。尤其在太赫兹领域,经常采用多节串联微带线匹配这一种方法,很少有并联枝节匹配等其他方式。但多节串联微带线匹配由于阻抗调节范围过小、受尺寸限制、损耗过大等原因难以取得较好的匹配效果。因此,需要提出一种不仅仅依靠多节串联微带线匹配的新型匹配结构。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题,提供一种基于悬置微带线的改进匹配结构,提升阻抗调节范围,在尺寸受限的情况下实现毫米波及太赫兹频段内的良好匹配。
本发明所采用的技术方案如下:
一种基于悬置微带线的改进匹配结构,其特征在于,包括介质基片,位于介质基片上表面的N节串联的金属导带,位于介质基片下方的下空气腔,以及位于介质基片上方并与N节金属导带一一对应的N节串联的上空气腔。
进一步地,各节金属导带与对应的上空气腔的长度相同。
进一步地,各节金属导带的长宽尺寸不同,各节上空气腔的高度不同。
进一步地,所述改进匹配结构通过分别调节N节金属导带的长宽尺寸、N节上空气腔的高度以及下空气腔的高度,实现阻抗匹配和相位匹配。
进一步地,N不低于2。
进一步地,所述上空气腔的高度越高,阻抗越大。
进一步地,所述介质基片为石英基片,有更低的损耗和更高的加工精度。
本发明的有益效果为:
本发明提出一种基于悬置微带线的改进匹配结构,将上空气腔设置为多节,并高度可独立调节的结构,与多节金属导带、下空气腔共同参与阻抗匹配,大大增加了阻抗的可调节范围,同时多节上空气腔互不连续,可通过波导匹配调节相位,实现对阻抗和相位的同时匹配,解决如何在窄基片和尺寸限制条件下实现良好匹配的问题,具有结构简单、电路兼容性好等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的改进匹配结构的立体结构示意图;
图2为本发明实施例1提供的改进匹配结构的主视图;
图3为本发明实施例1中基于改进匹配结构的二倍频器的立体结构示意图;
图4为本发明实施例1中基于改进匹配结构的二倍频器的俯视图;
图5为本发明对比例1中传统匹配结构的立体结构示意图;
图6为本发明实施例1中基于改进匹配结构的二倍频器的仿真效率随频率变化曲线;
图7为本发明对比例1中基于传统匹配结构的二倍频器的仿真效率随频率变化曲线;
附图中各标记的说明如下:
1:第一金属导带;2:第二金属导带;3:第三金属导带;4:第一上空气腔;5:第二上空气腔;6:第三上空气腔;7:介质基片;8:下空气腔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图与实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供了一种基于改进匹配结构的二倍频器,其输入频率90~100GHz,输出频率为180~200GHz。所述二倍频器的结构如图3和图4所示,基于传统的肖特基二极管的平衡式电路结构设计,包括依次连接的输入部分、基于悬置微带线的改进匹配结构和输出探针,输入部分由输入波导和二极管构成。
所述输入波导采用多级渐变波导构成,将输入信号最大化的耦合到二极管上,并产生尽可能多的二次谐波分量,然后经由基于悬置微带线的改进匹配结构传输至输出探针,并最终通过标准波导输出。
如图4所示,由于二极管倒扣在介质基片7两侧,并且需要通过导电胶粘在腔壁上来实现接地,所以介质基片7的宽度需小于二极管的长度,并留有一定空间涂抹导电胶。在本实施例中,二极管的长度为425μm,选择输入波导的最后一级渐变波导的宽度为340μm。由于介质基片7的加工精度和放置要求,介质基片7的宽度为300μm,因此金属导带的最大宽度为270μm。由此可见,与输入部分相连的匹配电路的尺寸将被严重限制,仅通过调整金属导带的长宽尺寸,难以取得较好的匹配效果。
为了避免上述问题,本实施例提供了一种基于悬置微带线的改进匹配结构,如图1和图 2所示,包括介质基片7,位于介质基片7上表面的串联的第一金属导带1、第二金属导带2 和第三金属导带3,位于介质基片7下方的下空气腔8,以及位于介质基片7上方的串联的第一上空气腔4、第二上空气腔5和第三上空气腔6。
第一金属导带1与第一上空气腔4对应,二者长度相同;第二金属导带2与第二上空气腔5对应,二者长度相同;第三金属导带3与第三上空气腔6对应,二者长度相同。
本实施例提出的改进匹配结构的尺寸如下:介质基片7的厚度为50μm;第一金属导带1 的长度和宽度分别为0.37mm和0.1mm;第二金属导带2的长度和宽度分别为0.28mm和0.27mm;第三金属导带3的长度和宽度分别为0.37mm和0.05mm;第一上空气腔4、第二上空气腔5和第三上空气腔6的高度分别为0.15mm、0.05mm和0.25mm;下空气腔8的高度为0.1mm。
对比例1
本对比例提出了一种基于传统匹配结构的二倍频器,结构与实施例1相比,区别仅在于:将基于悬置微带线的改进匹配结构调整为传统匹配结构。
如图5所示,所述传统匹配结构包括介质基片,位于介质基片上表面的串联的第一金属导带、第二金属导带和第三金属导带,位于介质基片下方的下空气腔,以及位于介质基片上方的上空气腔。
所述下空气腔和上空气腔均为一整块空气腔,高度均为0.1mm;介质基片、第一金属导带、第二金属导带和第三金属导带的尺寸均与实施例1的尺寸相同。
图6和图7分别为实施例1提出的基于改进匹配结构的二倍频器和对比例1中基于传统匹配结构的二倍频器的仿真效率随频率变化曲线,可知在输入中心频率95GHz处,实施例1 的二倍频器的仿真效率相比于对比例1提升了近10%,表明实施例1的匹配结构可显著改善匹配效果,可广泛应用于太赫兹倍频器和混频器的设计等。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,本说明书中所公开的任一特征,除非特别叙述,均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换;所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以任何方式组合。
Claims (4)
1.一种基于悬置微带线的改进匹配结构,其特征在于,包括介质基片,位于介质基片上表面的N节串联的金属导带,位于介质基片下方的下空气腔,以及位于介质基片上方并与N节金属导带一一对应的N节串联的上空气腔。
2.根据权利要求1所述基于悬置微带线的改进匹配结构,其特征在于,各节金属导带与对应的上空气腔的长度相同。
3.根据权利要求1所述基于悬置微带线的改进匹配结构,其特征在于,N不低于2。
4.根据权利要求1所述基于悬置微带线的改进匹配结构,其特征在于,所述改进匹配结构通过分别调节N节金属导带的长宽尺寸、N节上空气腔的高度以及下空气腔的高度,实现阻抗匹配和相位匹配。
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