專利名稱：電容加載速度補償方法及電容加載彎曲共面波導的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微波技術領域，具體地講是一種電容加載速度補償方法及電 容加載彎曲共面波導。
技術背景共面波導具有易于串并聯(lián)、低輻射、低色散以及便于集成等優(yōu)點，所以 廣泛應用于單片微波集成電路中。但由于共面波導結(jié)構(gòu)包含兩條作為傳輸路 徑的縫隙，當共面波導結(jié)構(gòu)彎曲時，就會出現(xiàn)兩條縫隙長度不等的情況，故 電磁波通過兩條縫隙之后會出現(xiàn)相位差，在時間上表現(xiàn)為兩條縫隙中的信號 不再同步，從而出現(xiàn)較大的電磁波反射、輻射、信號的色散、展寬等現(xiàn)象， 不利于能量的傳輸，信號的完整性也受到破壞。常用的不連續(xù)共面波導結(jié)構(gòu) 有彎曲結(jié)構(gòu)、T型結(jié)構(gòu)、階梯結(jié)構(gòu)等。電磁波在這些結(jié)構(gòu)中傳輸都會出現(xiàn) 上述現(xiàn)象。所以如何對這些結(jié)構(gòu)進行改進成為科研工作者爭相研究的問題。在研究過程中，有人提出了在彎曲處的兩端架設空氣橋的方法，并且該 方法在微波電路設計中得到了廣泛的應用。其原理是分別在不連續(xù)結(jié)構(gòu)的兩 端用空氣橋把共面波導的兩個地板連接起來使得電磁波相位相同，信號同步。 但由于所架設的空氣橋與共面波導不在同一平面，所以，在制作工藝上增加 了架設空氣橋的工序，成本也有所增加，并且從集成的角度來說體積的增加 導致集成度有所下降。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是提供一種電容加載速度補償方法及電容加載彎曲共面 波導。本發(fā)明的功能是通過在彎曲共面波導較短縫隙的介質(zhì)基板的背面， 周期性地加載矩形金屬貼片，達到對整個縫隙進行周期性并聯(lián)電容加載的效 果。因為有金屬貼片的地方就相當于在縫隙口面并聯(lián)了一個電容，從而減慢 該縫隙上電磁波的傳播速度，利用速度差補償空間路程差，使得兩條縫隙中 的電磁波在經(jīng)過彎曲處后同相，時間上表現(xiàn)為信號同步輸出，從而避免因兩 條縫隙中的電磁波和信號不能同相和同步輸出所引起的反射、輻射、色散、 展寬等問題。本發(fā)明的技術方案如下1. 提供電容加載速度彎曲共面波導 電容加載速度彎曲共面波導結(jié)構(gòu)形式包括-1) 并聯(lián)電容貼片加載速度補償型彎曲共面波導彎曲共面波導上的 外側(cè)縫隙結(jié)構(gòu)不變，在內(nèi)側(cè)縫隙的介質(zhì)基板背面有周期性加載的金屬貼片， 形成并聯(lián)電容的周期性加載。2) 并聯(lián)電容加載速度補償型的各種變形彎曲共面波導彎曲共面波 導上的外側(cè)縫隙結(jié)構(gòu)不變，內(nèi)側(cè)縫隙的介質(zhì)背面的貼片加載結(jié)構(gòu)與上述l)中 所描述結(jié)構(gòu)相同，但共面波導的彎曲部分有形狀變化(如由90°直角彎曲變 為90°弧線形彎曲等等)。2. 彎曲共面波導的電容加載速度補償方法，包括以下步驟1)選擇適當?shù)馁N片周期和貼片尺寸所對應的并聯(lián)電容加載結(jié)構(gòu)。 2)把不連續(xù)共面波導上路徑較短縫隙的介質(zhì)基板背面加載所選中的 并聯(lián)電容結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果按照實際需求來設計共面波導的并聯(lián)電容加載結(jié)構(gòu) 其原理是通過把彎曲共面波導的較短路徑的縫隙介質(zhì)基板背面加載周期性的 金屬貼片，形成周期性的并聯(lián)電容加載，這樣可以減慢該路徑上電磁波的傳 播速度，使經(jīng)過彎曲結(jié)構(gòu)之后兩條路徑上的相位相同，信號在時間上保持同 步。由于該結(jié)構(gòu)是直接在共面波導介質(zhì)背面加載貼片，所以可以與共面波導 設計和制作一體化，即在雙面敷銅板上直接做蝕刻處理，在共面波導的制作 工序中直接完成，這樣有利于電路的集成化和小型化，減少制作工序，降低 制造成本。實驗和軟件仿真結(jié)果表明并聯(lián)電容加載結(jié)構(gòu)可以有效減慢彎曲共 面波導內(nèi)側(cè)(路徑較短)縫隙中電磁波的傳播速度，使輸出電磁波同相、信 號同步，并且靠改變其結(jié)構(gòu)參數(shù)可以達到不同的慢波效果，不會增加原電路 的體積，適用于各種電子設備的微波電路和微波集成電路，以及印刷電路技 術的大批量生產(chǎn)。


圖1、 2為并聯(lián)電容加載速度補償型90。彎曲共面波導的構(gòu)造和參數(shù)設 置圖。圖3為并聯(lián)電容加載速度補償型90?；【€彎曲共面波導的構(gòu)造圖。圖4為并聯(lián)電容加載速度補償型彎曲共面波導與傳統(tǒng)彎曲共面波導的輸出電壓的時域波形比較圖。圖5為并聯(lián)電容加載速度補償型彎曲共面波導與傳統(tǒng)共面波導的&幅值比較圖。圖6為并聯(lián)電容加載速度補償型彎曲共面波導與傳統(tǒng)共面波導的&幅 值比較圖。
具體實施方式
實施例l:并聯(lián)電容加載速度補償型90。彎曲共面波導。
圖1、 2給出了并聯(lián)電容加載速度補償型彎曲共面波導的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。 為了清楚地看到矩形(也可以是圓形、方形及各種形狀)金屬貼片與彎曲共 面波導內(nèi)側(cè)縫隙的相對位置關系，我們把介質(zhì)設置成透明點狀填充，即能看 到點的淺灰色為共面波導一面的傳輸帶線和地板，而看不到點的深灰色是共 面波導另一面加載的金屬貼片。我們可以通過改變其結(jié)構(gòu)參數(shù)得到不同的并 聯(lián)電容加載結(jié)構(gòu)。為了證明并聯(lián)電容加載結(jié)構(gòu)確實對電磁波傳播速度有所改變，我們用時域有限差分(FDTD)方法仿真該結(jié)構(gòu)，分別輸出經(jīng)過彎曲結(jié)構(gòu) 之后的兩條縫隙的時域電壓波形(如圖4所示)。具體結(jié)構(gòu)設置如下 丄二5.225mm， s=3.9mm, <i =0.7mm， 尸0.2mm， wc=0.25mm， wg=imm， W=0.1mm， /=0.625mm， ^=9.2， ZC=50Q。其中，Z。是共面波導的特性阻 抗。從圖中可以看出，電磁場在經(jīng)過傳統(tǒng)彎曲共面波導后不能保持同步，而 經(jīng)過并聯(lián)電容加載速度補償型彎曲共面波導之后幾乎重合了，在此基礎上如 果減少加載貼片的數(shù)量，還可以達到最佳的補償效果，由此說明該并聯(lián)電容 加載結(jié)構(gòu)確實可以起到減慢電磁波傳輸?shù)淖饔?。實施?:，并聯(lián)電容加載速度補償型90?；【€彎曲共面波導。 如圖3所示，由于該結(jié)構(gòu)在彎曲處是弧線形的，所以并聯(lián)電容加載結(jié)構(gòu) 的金屬貼片也發(fā)生相應的變化，采用扇形布置。數(shù)值計算結(jié)果用HFSS仿真軟件對圖1所示并聯(lián)電容加載速度補償型 90°彎曲共面波導結(jié)構(gòu)進行分析計算，得到一些數(shù)值計算結(jié)果。具體的結(jié)構(gòu) 設置如實施例1中所述，圖5、 6分別給出了并聯(lián)電容加載速度補償型90°彎 曲共面波導的Su、 521參數(shù)的幅值隨頻率的變化關系。并從兩圖中可知并聯(lián)電容加載速度補償型彎曲共面波導與傳統(tǒng)的彎曲共面波導相比，雖然所得S 參數(shù)存在由于阻抗的微小失配所引起的震蕩，但從整個頻段來看，反射系數(shù)S11減小了，傳輸系數(shù)521增大了，說明使用并聯(lián)電容加載結(jié)構(gòu)可以改善不連 續(xù)共面波導的傳輸性能。
權(quán)利要求
1. 一種電容加載速度彎曲共面波導，其特征在于 電容加載速度彎曲共面波導結(jié)構(gòu)形式包括-1) 并聯(lián)電容貼片加載速度補償型彎曲共面波導彎曲共面波導上的外 側(cè)縫隙結(jié)構(gòu)不變，在內(nèi)側(cè)縫隙的介質(zhì)基板背面有周期性加載的金屬貼片，形成 并聯(lián)電容的周期性加載；2) 并聯(lián)電容加載速度補償型的各種變形非對稱共面波導彎曲共面波 導上的外側(cè)縫隙結(jié)構(gòu)不變，內(nèi)側(cè)縫隙的介質(zhì)背面的貼片加載結(jié)構(gòu)與上述l)中所 描述結(jié)構(gòu)相同，但共面波導的彎曲部分有形狀變化。
2. 如權(quán)利要求l所述的電容加載速度彎曲共面波導，其特征在于共面波導 的彎曲部分呈9(T直角形狀或呈9(T弧角形狀。
3. —種彎曲共面波導的電容加載速度補償方法，其特征在于該方法包括以下步驟1) 選擇適當?shù)馁N片周期和貼片尺寸所對應的并聯(lián)電容加載結(jié)構(gòu)；2) 把不連續(xù)共面波導上路徑較短縫隙的介質(zhì)基板背面加載所選中的并聯(lián) 電容結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電容加載速度補償方法及電容加載彎曲共面波導。該方法是通過在彎曲共面波導較短縫隙的介質(zhì)基板的背面，周期性地加載矩形金屬貼片，達到對整個縫隙進行周期性并聯(lián)電容加載的效果。因為有金屬貼片的地方就相當于在縫隙口面并聯(lián)了一個電容，從而減慢該縫隙上電磁波的傳播速度，利用速度差補償空間路程差，使得兩條縫隙中的電磁波在經(jīng)過彎曲處后同相，信號同步輸出。本發(fā)明不僅可以減少制作工序，降低制造成本，而且也不會增加原電路的體積，有利于電路的集成化和小型化，可用于各種電子設備的微波電路和微波集成電路中，也適合用于印刷電路技術的大批量生產(chǎn)。
文檔編號H01P3/00GK101145628SQ20071017540
公開日2008年3月19日 申請日期2007年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月29日
發(fā)明者卉 張, 王均宏 申請人:北京交通大學