CN115395196B - 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

一种基于悬置微带线的改进匹配结构
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 (3)

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；
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。
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。
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