一種寬帶垂直過渡器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種寬帶垂直過渡器，該寬帶垂直過渡器采用兩層或多層介質板結構，包括：在所述兩層或多層介質板結構的層間的公共地上設置的一條形狀規則的槽線諧振器；在所述兩層或多層介質板結構的頂層設置的一條微帶線諧振器；以及在所述兩層或多層介質板結構的底層設置的一條微帶線諧振器；其中，所述設置于頂層的微帶線諧振器和所述設置于底層的微帶線諧振器均與所述公共地上的槽線諧振器垂直，二者相對于公共地在垂直方向上是完全一致并且對稱的。本發明提供的寬帶垂直過渡器，不僅具備寬帶傳輸特性，而且可以實現帶內三個傳輸極點的濾波響應。其設計原理清晰明了，結構簡單，易于制作，成本低廉。
【專利說明】
一種寬帶垂直過渡器
技術領域
[0001] 本發明涉及的是寬帶以及超寬帶通信系統應用，準確地說是使用雙層介質或者多 層介質結構設計的射頻或者微波集成電路，尤其是一種寬帶垂直過渡器。
【背景技術】
[0002] 通常對于需要使用先進多層制作工藝的射頻集成電路和微波集成電路來說，研究 以及開發具有寬頻帶特性的寬帶垂直過渡器是十分必要的。垂直過渡器是一個關鍵的元 件，它可以用來實現射頻或者微波信號從一層轉移到另外一層，并且在一個較寬的頻帶內 保持幾乎無損耗的傳輸。
[0003]目前研發的寬帶垂直過渡器主要有以下三種：過孔耦合式過渡器、腔體耦合式過 渡器和縫隙耦合式過渡器，其中：
[0004] 過孔耦合式過渡器是通過金屬通孔把不同層的上下垂直的兩個帶狀金屬導體連 接在一起。但是，由于金屬通孔的電感效應，這類過渡器的插入損耗隨著頻率增長而變大。
[0005] 對于腔體耦合式過渡器，雖然寬頻特性能夠實現，但是加工費用比較高昂，而且利 用腔體諧振器設計不同形狀結構的縫隙來實現多層結構的微帶線-微帶線過渡器存在一 定難度。
[0006] 縫隙耦合式過渡器是利用公共地上一個較寬的縫隙直接跟上下兩層的片狀微帶 線耦合，可以實現一個較寬的過渡器。但是，這類過渡器所展現的特性類似一個雙極點帶通 濾波器而且帶內特性比較差。
【發明內容】
[0007] (一）要解決的技術問題
[0008] 有鑒于此，本發明的目的旨在提供一種寬帶垂直過渡器，以在具備寬帶傳輸特性 的同時，實現帶內三個傳輸極點的濾波響應。
[0009] (二）技術方案
[0010] 為達到上述目的，本發明提供了一種寬帶垂直過渡器，該寬帶垂直過渡器采用兩 層或多層介質板結構，包括：在所述兩層或多層介質板結構的層間的公共地上設置的一條 形狀規則的槽線諧振器；在所述兩層或多層介質板結構的頂層設置的一條微帶線諧振器； 以及在所述兩層或多層介質板結構的底層設置的一條微帶線諧振器；其中，所述設置于頂 層的微帶線諧振器和所述設置于底層的微帶線諧振器均與所述公共地上的槽線諧振器垂 直，二者相對于公共地在垂直方向上是完全一致并且對稱的。
[0011] 上述方案中，利用所述設置于頂層的微帶線諧振器和所述設置于底層的微帶線諧 振器二者相對于公共地在垂直方向上是完全一致并且對稱的設計結構，該寬帶垂直過渡器 能夠被設計成中心對稱饋電結構和偏移中心對稱饋電結構。
[0012] 上述方案中，對于中心對稱饋電結構的寬帶垂直過渡器，頂層與底層的微帶線諧 振器垂直地與公共地上的槽線諧振器相互耦合，并且頂層與底層的微帶線諧振器對于公共 地上的槽線諧振器是中心對稱的。所述設置于頂層的微帶線諧振器和所述設置于底層的微 帶線諧振器分別具有兩段，其中一段用以連接該寬帶垂直過渡器的激勵端口，另一段用以 與槽線諧振器進行電磁耦合，且用以與槽線諧振器進行電磁耦合的微帶諧振器的長度為該 寬帶垂直過渡器工作頻率的四分之一波長。
[0013] 上述方案中，對于偏移中心對稱饋電結構的寬帶垂直過渡器，頂層與底層的微帶 線諧振器偏移槽線諧振器的中心位置。所述設置于頂層的微帶線諧振器和所述設置于底層 的微帶線諧振器分別具有兩段，其中一段用以連接該寬帶垂直過渡器的激勵端口，另一段 用以與槽線諧振器進行電磁耦合，且用以與槽線諧振器進行電磁耦合的微帶諧振器的長度 為該寬帶垂直過渡器工作頻率的四分之一波長。
[0014] 上述方案中，所述設置于頂層的微帶線諧振器和所述設置于底層的微帶線諧振器 均為50歐姆微帶饋源線。
[0015] 上述方案中，所述槽線諧振器是半波長的槽線諧振器。
[0016] (三）有益效果
[0017] 從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果：
[0018] 1、本發明提供的寬帶垂直過渡器，利用槽線諧振器的第一個諧振模和另外通過微 帶線-槽線-微帶線耦合結構所激勵起來的兩個諧振模來設計一個寬帶垂直微帶線-微帶 線過渡器。對于這類微帶線-槽線-微帶線耦合結構設計的垂直過渡器，它能夠實現帶內具 有三個傳輸極點的寬頻工作特性，并能通過多個傳輸零點獲取高衰減度的帶外抑制效果。
[0019] 2、本發明提供的寬帶垂直過渡器，通過微帶線諧振器與槽線諧振器之間的電磁耦 合，利用公共地上的槽線諧振器的一個諧振模和另外頂層和底層開路微帶線諧振器所提供 的兩個諧振模，可以實現一個從頂層微帶線到底層微帶線的帶有三個傳輸極點的寬頻信號 傳輸。本發明設計兩種不同饋電結構的寬帶垂直過渡器，包括中心饋電和偏移中心饋電兩 種結構。對比這兩種不同饋電結構的寬帶垂直過渡器，使用偏移中心饋電的過渡器通過利 用多個傳輸零點可以獲取高衰減度的帶外抑制特性。
[0020] 3、本發明提供的寬帶垂直過渡器，是一種寬帶垂直微帶線-微帶線過渡器，不僅 具備寬帶傳輸特性，而且可以實現帶內三個傳輸極點的濾波響應。其設計原理清晰明了，結 構簡單，易于制作，成本低廉。這類垂直微帶線-微帶線過渡器可以很好的應用于現代射頻 以及微波集成電路，尤其是寬帶以及超寬帶系統電路的設計。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發明提供的中心對稱饋電結構的寬帶垂直過渡器的三維結構示意圖；其 中，I (1)和1 (2)分別是激勵端口，2 (1)和2 (2)分別是底層和頂層50歐姆微帶饋源線，3是 公共地的槽線諧振器，4是中間層的公共地。
[0022] 圖2是本發明提供的中心對稱饋電結構的寬帶垂直過渡器的平面電路圖；其中， I (1)和1 (2)分別是激勵端口，2是微帶線諧振器，3是公共地的槽線諧振器。
[0023] 圖3是本發明提供的中心對稱饋電結構的寬帶垂直過渡器的理論頻譜圖。
[0024] 圖4是本發明提供的偏移中心對稱饋電結構的寬帶垂直過渡器的平面電路圖；其 中，1(1)和1(2)分別是激勵端口，2是微帶線諧振器，3是公共地的槽線諧振器。
[0025] 圖5是本發明提供的偏移中心對稱饋電結構的寬帶垂直過渡器的理論頻譜圖。
[0026] 圖6是依照本發明實施例的中心對稱饋電結構的寬帶垂直過渡器的尺寸示意圖。
[0027] 圖7是圖6所示的寬帶垂直過渡器的理論、仿真以及測試結果的對比圖。
【具體實施方式】
[0028] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照 附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0029] 本發明是利用槽線諧振器的第一個諧振模和另外通過微帶線-槽線-微帶線耦合 結構所激勵起來的兩個諧振模來設計一個寬帶垂直微帶線-微帶線過渡器。對于一個兩層 或者多層介質板的結構，通過利用公共地上的槽線諧振器與頂層和底層微帶線諧振器電磁 耦合形成一個寬帶垂直過渡器。
[0030] 如圖1所示，圖1是本發明提供的中心對稱饋電結構的寬帶垂直過渡器的三維結 構示意圖，該寬帶垂直過渡器采用兩層或多層介質板結構，包括：在所述兩層或多層介質板 結構的層間的公共地4上設置的一條形狀規則的槽線諧振器3 ;在所述兩層或多層介質板 結構的頂層設置的一條微帶線諧振器2(2);以及在所述兩層或多層介質板結構的底層設 置的一條微帶線諧振器2(1);其中，所述設置于頂層的微帶線諧振器2(2)和所述設置于底 層的微帶線諧振器2 (1)均與所述公共地4上的槽線諧振器3垂直，二者相對于公共地4在 垂直方向上是完全一致并且對稱的。
[0031] 對于采用兩層介質板結構的寬帶垂直過渡器，公共地4位于這兩層介質板結構之 間；對于采用多層介質板結構的寬帶垂直過渡器，公共地4位于該多層介質板結構中任意 兩層介質板結構之間。
[0032] 圖1所示的中心對稱饋電結構的寬帶垂直過渡器，利用設置于頂層的微帶線諧振 器2 (2)和設置于底層的微帶線諧振器2(1)二者相對于公共地4在垂直方向上是完全一致 并且對稱的設計結構，分別設計了中心饋電和偏移中心饋電兩種不同結構的垂直過渡器， 即本發明提供的寬帶垂直過渡器具有中心對稱饋電結構和偏移中心對稱饋電結構。
[0033] 在本發明的實施例中，設置于頂層的微帶線諧振器和設置于底層的微帶線諧振器 均采用50歐姆微帶饋源線，槽線諧振器是采用半波長的槽線諧振器。
[0034] 對于形狀規則的槽線諧振器，通過利用它與頂層和底層微帶線諧振器的電磁耦 合，所產生的寬頻信號傳輸的第一個與第三個模式能夠被激發并且使用。
[0035] 在本發明的一個實施例中，如圖2所示，對于中心對稱饋電結構的寬帶垂直過渡 器，頂層與底層的微帶線諧振器2垂直地與公共地上的槽線諧振器3相互耦合，并且頂層與 底層的微帶線諧振器2對于公共地上的槽線諧振器3是中心對稱的，即圖2中Θ 3為槽線諧 振器3電長度的二分之一。設置于頂層的微帶線諧振器和設置于底層的微帶線諧振器分別 具有兩段，其中一段用以連接該寬帶垂直過渡器的激勵端口 I (1)或1 (2)，另一段（圖2中 Θ "所示）用以與槽線諧振器3進行電磁耦合，且用以與槽線諧振器3進行電磁耦合的微帶 諧振器的長度大致為該寬帶垂直過渡器工作頻率的四分之一波長。
[0036] 圖3為當選擇槽線諧振器的特性阻抗大于50歐姆時，所設計的中心對稱饋電的垂 直過渡器的歸一化理論頻譜圖。圖3中虛線為槽線濾波器的諧振模，實線為S-參數曲線， 其中S 11為反射系數，S21為傳輸系數。本發明利用頂層與底層上的微帶饋源線對公共地的 規則槽線諧振器中心對稱饋電結構設計一個具有三個傳輸極點的寬帶濾波響應的垂直微 帶線-微帶線過渡器。明顯地，通過利用槽線諧振器的一個諧振模與另外兩個微帶線諧振 器與槽線諧振器耦合產生的諧振模，可以設計得到帶有三個傳輸極點的濾波響應的寬帶或 超寬帶垂直過渡器。
[0037] 對于使用偏移中心饋電結構的垂直過渡器，通過利用頂層與底層50歐姆微帶線 諧振器對公共地上的槽線諧振器偏移饋電，可以實現多個傳輸零點從而使所設計的寬帶垂 直過渡器具有高衰減度的帶外抑制特性。
[0038] 在本發明的另一個實施例中，如圖4所示，對于偏移中心對稱饋電結構的寬帶 垂直過渡器，頂層與底層的微帶線諧振器2偏移槽線諧振器3的中心位置，即圖4中 0 sl辛Θ s2。設置于頂層的微帶線諧振器和設置于底層的微帶線諧振器分別具有兩段，其中 一段用以連接該寬帶垂直過渡器的激勵端口 I (1)或1 (2)，另一段（圖4中θ n所示）用以 與槽線諧振器3進行耦合，且用以與槽線諧振器3進行耦合的微帶諧振器的長度為該寬帶 垂直過渡器工作頻率的四分之一波長。
[0039] 與圖3類似，當選擇槽線諧振器的特性阻抗大于50歐姆時，所設計的偏移中心對 稱饋電的垂直過渡器的歸一化理論頻譜數據顯示在圖5中。圖5中虛線為槽線濾波器的諧 振模，實線為S-參數曲線，其中S 11為反射系數，S 21為傳輸系數。本發明利用頂層與底層上 的微帶饋源線對公共地的規則槽線諧振器偏移中心饋電結構設計一個具有三個傳輸極點 的寬帶濾波響應的垂直微帶線-微帶線過渡器并且較寬的帶外抑制特性。
[0040] 對于偏移中心對稱饋電的垂直過渡器，從圖5中可以觀察到對應的諧振模可以產 生兩個帶外傳輸零點，并且中間寄生諧振模位于過渡器工作頻率的二倍頻位置。通過使用 偏移中心對稱饋電的結構，不僅可以利用槽線諧振器的一個諧振模與另外兩個微帶線諧振 器與槽線諧振器耦合產生的諧振模，設計得到帶有三個傳輸極點的濾波響應的寬帶或超寬 帶垂直過渡器；而且還可以通過所取得三個傳輸零點擴大帶外抑制特性。
[0041] 測試與仿真結果
[0042] 為了驗證之前理論分析以及預測的結果，在此制作并測試了中心對稱饋電的垂 直微帶線-微帶線過渡器。如圖6所示為所制作的中心對稱饋電的垂直微帶線-微帶線 過渡器的尺寸示意圖。其中，槽線諧振器的尺寸為長9. 8_，寬0. 4_ ;微帶諧振器采用50 歐姆微帶饋源線，寬度為〇. 55_ ;用以與槽線諧振器進行電磁耦合的微帶諧振器的長度為 4. 75mm〇
[0043] 圖6所示的是基于混合微帶線/槽線諧振器結構設計的寬帶垂直微帶線-微帶線 過渡器，所設計的寬帶垂直微帶線-微帶線過渡器包含三層結構，其中頂層和底層是開路 的50歐姆微帶線諧振器，中間層是設計在公共地上的槽線諧振器。通過微帶線諧振器與槽 線諧振器的耦合關系，利用公共地上的槽線諧振器的一個諧振模和另外頂層和底層開路微 帶線諧振器所提供的兩個諧振模，可以實現一個從頂層微帶線到底層微帶線的帶有三個傳 輸極點的寬頻信號傳輸特性。本發明設計了兩種不同饋電結構的寬帶垂直過渡器，包括中 心饋電和偏移中心饋電兩種結構。對比這兩種不同饋電結構的寬帶垂直過渡器，使用偏移 中心饋電的過渡器通過利用多個傳輸零點可以獲取高衰減度的帶外抑制特性。
[0044] 圖7是圖6所示的寬帶垂直過渡器關于理論、仿真以及測試結果的三組數據的對 比，具體參數對比如表1所示。通過對比這三組數據，可以得到測試結果跟預先的理論預測 數據以及仿真結果是十分吻合的。本發明設計的中心對稱饋電的垂直微帶線-微帶線過渡 器不僅具備寬帶信號傳輸能力，而且能夠實現傳輸帶內三個傳輸極點的濾波響應。
[0046] 表 1
[0047] 通過上述對比可以看出，本發明提供的寬帶垂直微帶線-微帶線過渡器，是對于 一個兩層或者多層介質板的結構，通過利用公共地上的槽線諧振器與頂層和底層微帶線諧 振器電磁耦合形成一個寬帶垂直過渡器。該寬帶垂直過渡器不僅具備寬帶傳輸特性，而且 可以實現帶內三個傳輸極點的濾波響應。其設計原理清晰明了，結構簡單，易于制作，成本 低廉。這類垂直微帶線-微帶線過渡器可以很好的應用于現代射頻以及微波集成電路，尤 其是寬帶以及超寬帶系統電路的設計。
[0048] 在實際應用中，本發明還可以通過改變槽線諧振器的形狀結構，移動和變化使用 槽線與微帶線諧振器的諧振模式，實現并設計各種可調整帶寬的寬帶垂直微帶線-微帶線 過渡器。
[0049] 以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡 在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保 護范圍之內。
【主權項】
1. 一種寬帶垂直過渡器，該寬帶垂直過渡器采用兩層或多層介質板結構，包括： 在所述兩層或多層介質板結構的層間的公共地上設置的一條形狀規則的槽線諧振 器； 在所述兩層或多層介質板結構的頂層設置的一條微帶線諧振器；以及 在所述兩層或多層介質板結構的底層設置的一條微帶線諧振器； 其中，所述設置于頂層的微帶線諧振器和所述設置于底層的微帶線諧振器均與所述公 共地上的槽線諧振器垂直，二者相對于公共地在垂直方向上是完全一致并且對稱的。2. 根據權利要求1所述的寬帶垂直過渡器，其中，利用所述設置于頂層的微帶線諧振 器和所述設置于底層的微帶線諧振器二者相對于公共地在垂直方向上是完全一致并且對 稱的設計結構，該寬帶垂直過渡器能夠被設計成中心對稱饋電結構和偏移中心對稱饋電結 構。3. 根據權利要求2所述的寬帶垂直過渡器，其中，對于中心對稱饋電結構的寬帶垂直 過渡器，頂層與底層的微帶線諧振器垂直地與公共地上的槽線諧振器相互耦合，并且頂層 與底層的微帶線諧振器對于公共地上的槽線諧振器是中心對稱的。4. 根據權利要求3所述的寬帶垂直過渡器，其中，所述設置于頂層的微帶線諧振器和 所述設置于底層的微帶線諧振器分別具有兩段，其中一段用以連接該寬帶垂直過渡器的激 勵端口，另一段用以與槽線諧振器進行電磁耦合，且用以與槽線諧振器進行電磁耦合的微 帶諧振器的長度為該寬帶垂直過渡器工作頻率的四分之一波長。5. 根據權利要求2所述的寬帶垂直過渡器，其中，對于偏移中心對稱饋電結構的寬帶 垂直過渡器，頂層與底層的微帶線諧振器偏移槽線諧振器的中心位置。6. 根據權利要求5所述的寬帶垂直過渡器，其中，所述設置于頂層的微帶線諧振器和 所述設置于底層的微帶線諧振器分別具有兩段，其中一段用以連接該寬帶垂直過渡器的激 勵端口，另一段用以與槽線諧振器進行電磁耦合，且用以與槽線諧振器進行電磁耦合的微 帶諧振器的長度為該寬帶垂直過渡器工作頻率的四分之一波長。7. 根據權利要求1所述的寬帶垂直過渡器，其中，所述設置于頂層的微帶線諧振器和 所述設置于底層的微帶線諧振器均為50歐姆微帶饋源線。8. 根據權利要求1所述的寬帶垂直過渡器，其中，所述槽線諧振器是半波長的槽線諧 振器。
【文檔編號】H01P7/08GK106033830SQ201510125582
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月20日
【發明人】祝雷, 楊力, 蔡偉華, 譚錦榮
【申請人】澳門大學