专利摘要

本发明涉及一种基于共面波导的周期性慢波传输线单元，属于微波技术领域。包含介质基板(5)，介质基板(5)的一个表面上设置有金属微带，金属微带包含中心导带(1)，短传输线(2)，折叠传输线(3)和金属地(4)；中心导带(1)通过短传输线(2)连接至折叠传输线(3)，金属地(4)为不规则形状，金属地(4)与中心导带(1)相互隔离，且金属地(4)向中心导带(1)方向突出的各个支节平行于各个支节对应的折叠传输线(3)，各个支节与折叠传输线(3)之间的间隔距离相等。通过本发明的传输线单元替代传统共面波导传输线，实现了在传输线性能不变的情况下尺寸大幅度减小的目的。

权利要求

1.一种基于共面波导的周期性慢波传输线单元，其特征在于：包含介质基板(5)，所述介质基板(5)的一个表面上设置有金属微带，所述金属微带包含中心导带(1)，短传输线(2)，折叠传输线(3)和金属地(4)；

所述中心导带(1)通过所述短传输线(2)连接至所述折叠传输线(3)，所述金属地(4)为不规则形状，所述金属地(4)与所述中心导带(1)相互隔离，且所述金属地(4)向所述中心导带(1)方向突出的各个支节平行于各个支节对应的折叠传输线(3)，各个所述支节与所述折叠传输线(3)之间的间隔距离相等。

2.根据权利要求1所述的一种基于共面波导的周期性慢波传输线单元，其特征在于：所述短传输线(2)的数量为2，所述折叠传输线(3)的数量为2，所述金属地(4)的数量为2。

3.根据权利要求2所述的一种基于共面波导的周期性慢波传输线单元，其特征在于：两段所述短传输线(2)，两段折叠传输线(3)以及两部分金属地(4)均关于所述中心导带(1)镜像对称，且所述中心导带(1)，两段折叠传输线(3)以及两部分金属地(4)均关于两段所述短传输线(2)的连线镜像对称。

4.根据权利要求3所述的一种基于共面波导的周期性慢波传输线单元，其特征在于：所述传输线单元的等效特性阻抗为：

其中，Lt为传输线单元的等效串联电感，Ct为传输线单元的等效对地并联电容；

传输线单元的相位传播常数为：

其中，ω为工作角频率。

5.根据权利要求1所述的一种基于共面波导的周期性慢波传输线单元，其特征在于：所述介质基板采用聚四氟乙烯制成。

6.根据权利要求3所述的一种基于共面波导的周期性慢波传输线单元，其特征在于：通过改变所述中心导带(1)的宽度，中心导带(1)与金属地(4)的间距，两段短传输线(2)的长度、宽度，两段折叠传输线(3)的长度、宽度或两段折叠传输线(3)与金属地(4)的间距，来改变所述传输线单元的特性阻抗和电长度。

7.根据权利要求3所述的一种基于共面波导的周期性慢波传输线单元，其特征在于：通过多个所述传输线单元级联获得电长度为单个传输线单元电长度整数倍的慢波传输线。

说明书

技术领域

本发明属于微波技术领域，涉及一种基于共面波导的周期性慢波传输线单元。

背景技术

传输线在射频微波电路领域具有广泛应用，不仅是电磁功率传输的媒介，而且也是构成微波射频器件的基本元件。

共面波导电路，其中心导带和地平面在一个平面上，为单平面传输线，避免了微带线需要在介质层背面镀金属的工艺。因此，采用共面波导电路，替代原来的微带电路，能减少制作成本。并且共面波导电路具有末端容易实现短路而无需过孔，与有源器件和集总参数元件易集成、容易实现紧凑的平衡电路，提高集成电路集成度等优点。然而，随着射频通信电路朝着小型化，集成化方向的发展，传统的射频微波器件，如功分器、耦合器等，由于受到其结构中四分之一波长传输线的限制，往往具有较大的尺寸，这一缺陷在低频频段工作波长较长时表现得尤为明显，不利于射频通信系统的小型化。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于共面波导的周期性慢波传输线单元，代替传统共面波导传输线，解决现有技术中传输线尺寸过大的问题，以实现微波器件尺寸缩减而性能基本不变。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于共面波导的周期性慢波传输线单元，包含介质基板5，所述介质基板5的一个表面上设置有金属微带，所述金属微带包含中心导带1，短传输线2，折叠传输线3和金属地4；

所述中心导带1通过所述短传输线2连接至所述折叠传输线3，所述金属地4为不规则形状，所述金属地4与所述中心导带1相互隔离，且所述金属地4向所述中心导带1方向突出的各个支节平行于各个支节对应的折叠传输线3，各个所述支节与所述折叠传输线3之间的间隔距离相等。

进一步，所述短传输线2的数量为2，所述折叠传输线3的数量为2，所述金属地4的数量为2。

进一步，两段所述短传输线2，两段折叠传输线3以及两部分金属地4均关于所述中心导带1镜像对称，且所述中心导带1，两段折叠传输线3以及两部分金属地4均关于两段所述短传输线2的连线镜像对称。

进一步，所述传输线单元的等效特性阻抗为：

其中，Lt为传输线单元的等效串联电感，Ct为传输线单元的等效对地并联电容；

传输线单元的相位传播常数为：

其中，ω为工作角频率。

进一步，所述介质基板采用聚四氟乙烯制成。

进一步，通过改变所述中心导带1的宽度，中心导带1与金属地4的间距，两段短传输线2的长度、宽度，两段折叠传输线3的长度、宽度或两段折叠传输线3与金属地4的间距，来改变所述传输线单元的特性阻抗和电长度。

进一步，通过多个所述传输线单元级联获得电长度为单个传输线单元电长度整数倍的慢波传输线。

本发明的有益效果在于：本发明的传输线单元，通过使用基于共面波导的周期性慢波传输线单元替代传统共面波导传输线，在传输线性能不变的情况下实现尺寸大幅减小。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1是本发明传输线单元的结构示意图；

图2是本发明传输线单元具体实施例样品的尺寸标注图；

图3是现有的传统共面波导传输线的特性阻抗50欧，电长度22.5度的样品尺寸标注图；

图4是本发明传输线单元具体实施例样品的特征阻抗和相位曲线图；

图5是本发明传输线单元具体实施例样品的仿真S参数曲线图；

图6是本发明传输线单元的2个单元级联的具体实施例样品的结构示意图；

图7是本发明传输线单元的2个单元级联的具体实施例样品的仿真特征阻抗和相位曲线图；

图8是本发明传输线单元的2个单元级联的具体实施例样品的仿真S参数曲线图；

图9是本发明传输线单元的4个单元级联的具体实施例样品的结构示意图；

图10是本发明传输线单元4个单元级联的具体实施例样品的仿真特征阻抗和相位曲线图；

图11是本发明传输线单元4个单元级联的具体实施例样品的仿真S参数曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本发明为一种基于共面波导的周期性慢波传输线单元，如图1所示，包括介质基板5，介质基板的一个表面上设有金属微带。金属微带部分包括中心导带1，两段短传输线2，两段折叠传输线3，两部分金属地4。

两部分金属地4与中心导带1相互隔离。两部分金属地4为不规则形状，其地板向中心导带1方向突出的各枝节平行于各段折叠传输线3，且各枝节与折叠传输线3之间相隔相等的间距。中心导带1分别通过两段短传输线2，与两段折叠传输线3相连。两段短传输线2，两段折叠传输线3，两部分金属地4，关于中心导带1镜像对称。中心导带1，两段折叠传输线3，两部分金属地4，关于两段短传输线2的连线镜像对称。

每个传输线单元的等效特性阻抗计算公式为

每个传输线单元的相位传播常数为

其中，ω为工作角频率，Lt，Ct分别为每个传输线单元的等效串联电感和等效对地并联电容。中心导带1的宽度小于传统共面波导传输线中心导带宽度，增加了单元的等效串联电感。而两段折叠传输线3分别位于中心导带1与金属地4之间，增加了单元的等效对地并联电容。为了尽可能地增加等效对地并联电容，金属地4设计成不规则的图形，以尽可能与两段折叠传输线3更多耦合，以增大等效对地并联电容。

在具有相同电长度的情况下，与传统共面波导传输线相比，由于每单位长度的周期性慢波传输线单元能够获得更大的等效串联电感Lt和等效对地并联电容Ct，因此相位传播常数更大，每个周期性慢波传输线单元能够获得更小的物理尺寸，从而减小整个电路尺寸。

通过改变中心导带1的宽度，中心导带1与金属地4的间距，两段短传输线2的长度、宽度，两段折叠传输线3的长度、宽度，两段折叠传输线3与金属地4的间距，可以改变周期性慢波传输线单元的特性阻抗和电长度。

本发明传输线单元的实施例样品的具体尺寸标注如图2中所示。该实施例样品为工作频率f＝0.9GHz的基于共面波导的周期性慢波传输线单元。制作在国产聚四氟乙烯介质基片上,基片相对介电常数2.65，基片厚度1mm。电路尺寸为10.9mm×5.8mm，即4.1％λg×2.2％λg，λg表示0.9GHz时介质基板上的导波波长。

作为对比，特性阻抗50欧，电长度22.5度的传统共面波导传输线的样品结构尺寸如图3所示。在与实施例样品采用同样的介质基板，工作于同样中心频率，且中心传输线与金属地的间距相同的情况下，传统共面波导传输线的电路尺寸为10.9mm×16.7mm,即4.1％λg×6.3％λg，λg表示0.9GHz时介质基板上的导波波长。可见，本发明的实施例样品基于共面波导的周期性慢波传输线单元尺寸能减少约65.3％的尺寸。

使用仿真软件IE3D进行仿真，本发明基于共面波导的周期性慢波传输线单元的实施例样品仿真所得特征阻抗和相位曲线图如图4所示。在0.9GHz时，特性阻抗的实部为49.97欧，虚部为-0.17欧，相位延迟为-22.50度，即此传输线单元电长度为22.50度。

本发明传输线单元的实施例样品仿真所得S参数曲线图如图5所示。图中|S11|表示1端口反射系数的模值，|S21|表示周期性慢波传输线单元传输系数的模值。本发明实施例样品基于共面波导的周期性慢波传输线单元在带宽范围0GHz-4.29GHz内，|S11|小于-10dB，证实传输线单元端口的阻抗匹配情况良好。|S21|大于-0.5dB，证实此传输线单元具有低损耗的特性。本发明实施例样品的相对带宽达到476.7％。

实施例2：

本实施例为传输线单元的2个单元级联，实现特性阻抗50欧，电长度为45度的传输线功能。

图6是本发明基于共面波导的周期性慢波传输线单元的2个单元级联的结构示意图。图7是2个单元级联的仿真特征阻抗和相位曲线图。在0.9GHz时,特性阻抗的实部为49.96欧，虚部为-0.15欧，相位延迟为-44.96度，即2个单元级联而成的结构其电长度为44.96度。

图8是两个单元级联的仿真S参数曲线图。在带宽范围0GHz-4.16GHz内，|S11|小于-10dB。由于是2个单元级联，因此在带宽范围内有两个谐振频率，分别是0.9GHz和3.35GHz。在0.9GHz时，|S11|为-53.09dB，|S21|为-0.02dB。

实施例3：

本实施例为传输线单元的4个单元级联，实现特性阻抗50欧，电长度为90度的传输线功能。

图9是4个单元级联的结构示意图。图10是4个单元级联的仿真特征阻抗和相位曲线图。在0.9GHz，特征阻抗的实部为50.09Ω，虚部为-0.13Ω，相位延迟为-90.01°，即4个单元级联而成的结构其电长度为90.01度。4个单元级联的结构，能够较好地等效为特性阻抗为50Ω的四分之一波长传输线。

图11是4个单元级联的仿真S参数曲线图。在|S11|小于-10dB时，带宽范围为0GHz-4.35GHz。由于是4个单元级联，因此在带宽范围内有四个谐振频率，分别是1.0GHz，1.76GHz，3.24GHz,4.16GHz。在0.9GHz时，|S11|为-50.11dB，|S21|为-0.04dB。可见，随着级联单元数的增多，插入损耗增加。

结合附图和以上分析表明，本发明基于共面波导的周期性慢波传输线单元及多单元级联的实施例样品，与传统共面波导传输线相比在尺寸减小65.3％的同时，获得与传统共面波导传输线相似的良好性能。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

一种基于共面波导的周期性慢波传输线单元专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。