CN115799780A - 一种新型片上编码移相器 - Google Patents

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兰峰
付鑫
张雅鑫
杨梓强
宋天阳
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University of Electronic Science and Technology of China
Yangtze River Delta Research Institute of UESTC Huzhou
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University of Electronic Science and Technology of China
Yangtze River Delta Research Institute of UESTC Huzhou
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Abstract

本发明公开了一种新型片上编码移相器,属于电磁波传输功能器件技术领域,解决了现有SSPP传输线的相关研究,截止到目前仍然停留在单一编码状态下的调控,造成调控的范围、精度以及灵活性都非常有限的问题,其包括介质基板、两个过渡结构以及SSPP传输线,SSPP传输线设在介质基板上,两个过渡结构设在SSPP传输线两侧,SSPP传输线包括多个数字编码调控单元;每个数字编码调控单元都包括端部依次连接的横向金属板、纵向金属板、二极管以及金属谐振环贴片;每个金属谐振环贴片上都设有电压控制线。本发明通过二极管将每个金属谐振环贴片连接,基本数字编码调控单元结构随着加载在上面电控二极管状态的改变而发生相移,实现了对电磁波的动态调控。

Description

一种新型片上编码移相器
技术领域
本发明属于电磁波传输功能器件技术领域,具体涉及一种新型片上编码移相器。
背景技术
人工表面等离子体激元(Spoof Surface Plasmon Polaritons,SSPP)一方面能够有效地束缚表面传输的电磁波,另一方面能够利用人工微结构实现传输特性的改变。通过SSPP传输线可以降低相邻通道之间的串扰,有利于在亚波长尺度上设计多通道的器件,对发展高频毫米波有源波束扫描相控阵有重要价值,同时也对我们解决芯片的后摩尔挑战提供了可能。
传统的移相器不具备SSPP的这些特性,而基于SSPP的器件可以将其特性兼顾,拓宽应用领域,例如在电路通信系统中,SSPP传输线的强束缚性能够很好的减小相邻信道之间的干扰,能极大限度的提高芯片内的信道数量;又例如在检测领域,SSPP场增强的特点能够极大限度的提高检测的灵敏性,并且SSPP受传输结构尺寸参数和材料性质的影响,能对不同待检物质显示出不同的电学特征。此外,基于SSPP的滤波器,倍频器和功分器等微波太赫兹器件也有大量研究。
传统的SSPP传输线是基于凹槽结构来进行表面波传输,固定的结构使其只有固定的传输特性,不利于对传输信号幅值和相位的调控。最近,数字编码被引入SSPP传输线,与传统的电子电路不同的是,它是利用可重构的周期结构来实现对电磁波的调控;与传统的SSPP不同的是,它突破了固定结构的限制,通过对结构的数字编码,可以实现对电磁波的动态调控。但是对于数字编码的SSPP传输线的相关研究,截止到目前仍然停留在单一编码状态下的调控,造成调控的范围、精度以及灵活性都非常有限,不能满足现如今我们日益广泛的应用需求。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种新型片上编码移相器,以达到传输线单元能够独立的受电压控制改变单元电磁波的相移状态,实现更广的调控范围以及更灵活的调控方式,可以满足如今智能通信设备更广泛、更多样的应用需求的目的。
本发明采用的技术方案如下:
一种新型片上编码移相器,包括介质基板、两个过渡结构以及SSPP传输线,SSPP传输线设在介质基板上,两个过渡结构设在SSPP传输线两侧,所述SSPP传输线包括多个依次排列的数字编码调控单元;每个所述数字编码调控单元都包括端部依次连接的横向金属板、纵向金属板、二极管以及金属谐振环贴片;相邻两个横向金属板的端部连接,且每个所述金属谐振环贴片上都设有电压控制线。
该技术方案中,需要说明的是,所述数字编码调控单元的宽度为t,所述横向金属板的宽度为t、高度为b,所述基质基板一侧边缘与金属谐振环贴片之间的距离为a,所述介质基板另一侧边缘与横向金属板之间的距离为a,所述纵向金属板的高度为h1,宽度为w2,二极管的长度为p,金属谐振环贴片的高度为h2,宽度为2*w1,介质基板的厚度为w;其中,t=0.6mm,h1=0.54mm,b=0.14mm,w2=0.2mm,p=0.08mm,h2=0.54mm,w1=0.2mm,w=0.5mm;数字编码调控单元的数量为7个,每个数字编码调控单元结构相同,独立地受电压控制改变相移状态。进一步的,本方案通过二极管将SSPP传输线与每个数字编码调控单元的金属谐振环贴片连接,基本数字编码调控单元结构随着加载在上面电控二极管状态的改变而发生相移,而不是像传统的SSPP传输线那样只能依靠重造凹槽深度来实现固定的传输特性调控,这样大大降低了传输线的调控难度,实现了对电磁波的动态调控;其次将PIN二极管引入每个数字编码调控单元,移相器中每个数字编码调控单元中二极管的阳极电压都通过上层外接导线连接至电压控制线,实现了每个数字编码调控单元反射相移状态的独立控制,本发明的设计方案实现了更广的调控范围以及更灵活的调控方式;又通过引入金属环谐振环贴片,不仅可以实现数字编码调控相位的效果,也能使本发明能够实现额外的滤波功能,当调控部分编码状态为“0000000”时,所有数字编码调控单元的PIN二极管均断开,谐振环失效,所以电磁波能够顺利传输;而当编码状态为“0000001”时,第七个数字编码调控单元的PIN二极管导通,将开口谐振环与传输线主线连通,由于开口谐振环形成谐振电路的滤波作用,在目标频点38GHz处,产生了一个良好的阻带;最后,基于人工表面等离子体激元的数字编码移相器,SSPP可以降低相邻信道之间的串扰,有利于在亚波长尺寸上设计多通道器件,实现了更高频的移相器设计。
优选的,所述二极管为PIN二极管,实现更精确的数字编码调控。
优选的,所述金属谐振环贴片为凹字形状,且所述金属谐振环贴片的中部断开。不仅可以实现数字编码调控相位的效果,也能使本发明能够实现额外的滤波功能。
优选的,所述金属谐振环贴片上设有用以连接电压控制线的通孔,以方便地连接外部电压来控制二极管的通断。
优选的,所述介质基板的材质为F4B。
优选的,所述纵向金属板和横向金属板的材质为Copper。
优选的,每个所述过渡结构都包括依次排列的多个凹槽,多个所述凹槽的深度从靠近SSPP传输线的一端由大到小依次渐变设置。
该技术方案中,需要说明的是,凹槽为金属凹槽,多个所述凹槽的深度从靠近SSPP传输线的一端由大到小依次渐变设置,这种结构可以顺利地实现表面波的传输。
综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
1)通过PIN二极管将SSPP传输线与每个单元上层的金属谐振环贴片连接,基本数字编码调控单元结构随着加载在上面电控二极管状态的改变而发生相移,而不是像传统的SSPP传输线那样只能依靠重造凹槽深度来实现固定的传输特性调控,这样大大降低了传输线的调控难度,实现了对电磁波的动态调控;
2)将PIN二极管引入每个数字编码调控单元,移相器中每个数字编码调控单元中二极管的阳极电压都通过上层外接导线连接至电压控制线,实现了每个数字编码调控单元反射相移状态的独立控制,本发明的设计方案实现了更广的调控范围以及更灵活的调控方式;
3)通过引入谐振环贴片,不仅可以实现数字编码调控相位的效果,也能使本发明能够实现额外的滤波功能:当调控部分编码状态为“0000000”时,所有数字编码调控单元的PIN二极管均断开,谐振环失效,所以电磁波能够顺利传输;而当编码状态为“0000001”时,第七个数字编码调控单元的PIN二极管导通,将开口谐振环与传输线主线连通,由于开口谐振环形成谐振电路的滤波作用,在目标频点38GHz处,产生了一个良好的阻带;
4)基于人工表面等离子体激元的数字编码移相器,SSPP可以降低相邻信道之间的串扰,有利于在亚波长尺寸上设计多通道器件,实现了更高频的移相器设计。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明,其中:
图1是移相器的正面SSPP整体部分结构示意图;
图2是移相器的正面谐振环结构示意图;
图3是本发明的介质基板侧视方向的结构示意图;
图4是移相器数字编码调控部分的整体示意图;
图5是加开关二极管的单个数字编码调控单元结构示意图;
图6是移相器的过度结构部分示意图;
图7是基于SSPP移相器的数字编码调控单元仿真结果的色散特性曲线图;
图8是基于SSPP移相器仿真计算结果的相位调控曲线图;
附图标记:
1-金属谐振环贴片,2-二极管,3-纵向金属板,4-横向金属板,5-介质基板,6-过渡结构。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施方式中的附图,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
实施例
本实施例提供一种新型片上编码移相器,如图1-图5所示,包括介质基板5、两个过渡结构6以及SSPP传输线,SSPP传输线设在介质基板5上,两个过渡结构6设在SSPP传输线两侧,所述SSPP传输线包括多个依次排列的数字编码调控单元;如图5所示,每个所述数字编码调控单元都包括端部依次连接的横向金属板4、纵向金属板3、二极管2以及金属谐振环贴片1;相邻两个横向金属板4的端部连接,且每个所述金属谐振环贴片1上都设有电压控制线。
需要说明的是,所述数字编码调控单元的宽度为t,所述横向金属板4的宽度为t、高度为b,所述纵向金属板3的高度为h1,宽度为w2,二极管2的长度为p,金属谐振环贴片1的高度为h2,宽度为2*w1,介质基板5的厚度为w;其中,t=0.6mm,h1=0.54mm,b=0.14mm,w2=0.2mm,p=0.08mm,h2=0.54mm,w1=0.2mm,w=0.5mm;数字编码调控单元的数量为7个,每个数字编码调控单元结构相同,独立地受电压控制改变相移状态。进一步的,本方案通过二极管2将SSPP传输线与每个数字编码调控单元的金属谐振环贴片1连接,基本数字编码调控单元结构随着加载在上面电控二极管2状态的改变而发生相移,而不是像传统的SSPP传输线那样只能依靠重造凹槽深度来实现固定的传输特性调控,这样大大提高了传输线的调控难度,实现了对电磁波的动态调控;其次将PIN二极管2引入每个数字编码调控单元,移相器中每个数字编码调控单元中二极管2的阳极电压都通过上层外接导线连接至电压控制线,实现了每个数字编码调控单元反射相移状态的独立控制,本发明的设计方案实现了更广的调控范围以及更灵活的调控方式;又通过引入金属环谐振环贴片,不仅可以实现数字编码调控相位的效果,也能使本发明能够实现额外的滤波功能,当调控部分编码状态为“0000000”时,所有数字编码调控单元的PIN二极管2均断开,谐振环失效,所以电磁波能够顺利传输;而当编码状态为“0000001”时,第七个数字编码调控单元的PIN二极管2导通,将开口谐振环与传输线主线连通,由于开口谐振环形成谐振电路的滤波作用,在目标频点38GHz处,产生了一个良好的阻带;最后,基于人工表面等离子体激元的数字编码移相器,SSPP可以降低相邻信道之间的串扰,有利于在亚波长尺寸上设计多通道器件,实现了更高频的移相器设计。
所述二极管2为PIN二极管2,型号为MA4AGBL912,实现更精确的数字编码调控。
如图2所示,所述金属谐振环贴片1为凹字形状,且所述金属谐振环贴片1的中部断开。不仅可以实现数字编码调控相位的效果,也能使本发明能够实现额外的滤波功能。
如图2所示,所述金属谐振环贴片1上设有用以连接电压控制线的通孔。,以方便地连接外部电压来控制二极管的通断。
优选的,所述介质基板5的材质为F4B。
优选的,所述纵向金属板3和横向金属板4的材质为Copper,。
如图6所示,每个所述过渡结构6都包括依次排列的多个凹槽,多个所述凹槽的深度从靠近SSPP传输线的一端由大到小依次渐变设置。
需要说明的是,凹槽为金属凹槽,多个所述凹槽的深度从靠近SSPP传输线的一端由大到小依次渐变设置,这种结构可以顺利地实现表面波的传输。
图7是基于SSPP移相器数字编码调控单元仿真计算结果的色散特性结果。不同编码状态下的色散曲线图经高频电磁仿真软件CST模拟得到:当PIN二极管2处于断开状态时(设定此时的编码状态为“状态0”),SSPP数字编码调控单元与上层的金属谐振环也处于断开状态,相应的SSPP传输线的凹槽深度只有h2;当PIN二极管2处于接通状态时(设定此时的编码状态为“状态1”),SSPP数字编码调控单元与上层的金属谐振环处于连接状态,相应的SSPP传输线的凹槽深度为h1与h2的累加。仿真后进行归一化处理,可以看到:当编码状态为1时,色散曲线的截止频率在27GHz左右;而当编码状态调整为0时,色散曲线的截止频率提高到45GHz,并且改变编码状态后的两条色散曲线中也可看到明显的相位差产生。所以我们通过改变PIN二极管2的编码状态,能够顺利实现对可重构单元色散特性的调控。
图8是基于SSPP移相器仿真计算结果的相位调控曲线图。基于色散调控理论,色散特性的改变可以对SSPP传输线的传输特性产生影响,并且当电磁波耦合到输入端,会以表面波的形式在传输线上传播,这种耦合形成的微扰使电磁波产生局部共振,进而实现对相位的调控。所以,结合上述理论,我们通过改变多个单元的PIN二极管2的通断,可以产生多样性的相位扰动,实现对SSPP传输线的数字编码相移调控。在我们设计的结构中,我们串联七个可重构的单元作为相位调控结构,如图1所示,每个数字编码调控单元都独立地由外部施加的偏置电压来控制“置0”或“置1”状态,我们通过串联多个数字编码调控单元可以来实现更大的灵活性以及整体调控范围。
移相器选择低于谐振峰的29.6GHz作为工作频率,每个数字编码调控单元从“0”状态转变为“1”状态时,会实现大约30度的相移。我们将多个数字编码调控单元串联,可以将每个数字编码调控单元产生的相移进行累加,从而显著提高本发明的整体相移精度。虽然,由于这些单元间的相互耦合,导致整体相移的非线性,即单个数字编码调控单元的相移不会简单地相加,但是我们仍然可以利用这种效应来实现更大的相移调控范围。在我们的调控结构中,理论上可以实现总共128种编码状态,并且可以获得所有这些相移的数值,本文选取其中14种编码状态作说明,结果表明,在工作频率29.6GHz处可在200°相位范围内得到准连续的相移调控能力,调控相移精度可以达到9.0°,插入损耗平均在0.6dB左右,效果理想。
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。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种新型片上移相器,其特征在于,包括介质基板(5)、两个过渡结构以及SSPP传输线,SSPP传输线设在介质基板(5)上,两个所述过渡结构(6)设在SSPP传输线两侧,所述SSPP传输线包括多个依次排列的数字编码调控单元;
每个所述数字编码调控单元都包括端部依次连接的横向金属板(4)、纵向金属板(3)、二极管(2)以及金属谐振环贴片(1);
相邻两个横向金属板(4)的端部连接,且每个所述金属谐振环贴片(1)上都设有电压控制线。
2.根据权利要求1所述的一种新型片上编码移相器,其特征在于,所述二极管(2)为PIN二极管。
3.根据权利要求1所述的一种新型片上编码移相器,其特征在于,所述金属谐振环贴片(1)为凹字形状,且所述金属谐振环贴片(1)的中部断开。
4.根据权利要求3所述的一种新型片上编码移相器,其特征在于,所述金属谐振环贴片(1)上设有用以连接电压控制线的通孔。
5.根据权利要求1所述的一种新型片上编码移相器,其特征在于,所述介质基板(5)的材质为F4B。
6.根据权利要求1所述的一种新型片上编码移相器,其特征在于,所述纵向金属板(3)和横向金属板(4)的材质为Copper。
7.根据权利要求1所述的一种新型片上编码移相器,其特征在于,每个所述过渡结构都包括依次排列的多个凹槽(6),多个所述凹槽(6)的深度从靠近SSPP传输线的一端由大到小依次渐变设置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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