传输线集成集总元件与传输线制造技术

本发明专利技术涉及传输线集成集总元件，该集总元件是通过将传输线内的部分背景介质替换为具有不同于传输线背景介质介电常数的亚波长介质条实现。当介质条的介电常数大于传输线内背景介质的介电常数时，该介质条表现为集总电容的特性；当介质条的介电常数小于传输线内背景介质的介电常数时，该介质条表现为集总电感的特性。该类集总元件适用的传输线类型包括金属波导、介质波导、同轴线、介质集成同轴线、带线、微带线等。相比于传统集总元件，本发明专利技术传输线集成集总元件更易于与多种不同类型的传输线进行集成设计，具有尺寸小、损耗低等优点，其设计理念从微波频段到光学频段均适用。基于该发明专利技术，可以构造具有不同功能和应用的集总电路、器件或设备。器件或设备。器件或设备。

【技术实现步骤摘要】
传输线集成集总元件与传输线


[0001]本专利技术属于电子元器件
，特别涉及一种传输线集成集总元件与传输线。

技术介绍

[0002]电容和电感元件被广泛应用于各种电路系统及电子设备中。当电容、电感元件的尺寸远小于电路工作频率对应的波长时，它们被统称为集总元件，其中集总电容一般是由两块平行放置的导体实现，集总电感一般是由螺旋形缠绕的线圈实现。集总元件具有尺寸小，元件值准确，易于与微带传输线集成等优点，此外对于集总电路理论的研究也已经颇为成熟，极大地简化了集总电路的设计难度。但是由于电路寄生参数的影响，集总元件一般只能工作在微波低频段，很难应用于高频电路的设计；同时，由于集总元件自身结构的限制，很难与波导、同轴等其他类型的传输线进行集成设计。在高频段，虽然人们可以使用分布元件来实现电容、电感特性，如利用交指型结构实现电容，利用传输线长度实现电感，但是相比于集总元件，分布元件的尺寸较大，与工作频率对应的波长可比拟，且同样存在难以与多种类型传输线进行集成的问题。因此，如何设计适用频率范围广、小尺寸、易集成的电容、电感元件是一个非常值得研究的问题。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种传输线集成集总元件与传输线，通过在传输线内的背景介质中插入的具有不同介电常数和尺寸的亚波长尺寸介质条，实现等效集总电容、集总电感的特性，并给出元件值的解析计算公式，实现易集成、尺寸小、工作频率广的目的。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一种传输线集成集总元件，为具有均匀介电常数的介质条，且所述介质条的介电常数与传输线内背景媒质的介电常数不同，所述介质条替换传输线内的部分背景媒质，呈现出集总电容或集总电感的特性。
[0006]相应地，本专利技术还提供了传输线，传输线内的部分背景媒质被具有均匀介电常数的介质条替代，所述介质条的介电常数与传输线内背景媒质的介电常数不同，从而呈现出集总电容或集总电感的特性。
[0007]在一个实施例中，沿电磁波传播方向，所述介质条横截面的形状与所述传输线内背景介质横截面的形状相同，所述介质条横截面的尺寸与所述传输线内背景介质横截面的尺寸相同。
[0008]在一个实施例中，沿电磁波传播方向，所述介质条的尺寸远远小于工作频率对应的波长，为亚波长尺度，具备集总元件的特征。
[0009]在一个实施例中，当介质条的介电常数大于传输线内背景介质的介电常数时，该介质条呈现出集总电容的特性；当介质条的介电常数小于传输线内背景介质的介电常数时，该介质条呈现出集总电感的特性。
[0010]在一个实施例中，所述介质条的等效集总电容值或等效集总电感值通过介质条介电常数与传输线内背景介质介电常数的差值以及介质条的宽度计算得到。
[0011]在一个实施例中，所述传输线的类型为金属波导、介质波导、同轴线、介质集成同轴线、带线或微带线；根据传输线类型的不同，介质条为长方体型或圆柱体型。
[0012]在一个实施例中，所述的替换方式为：将传输线内背景介质沿电磁波传播方向挖空一部分，然后置入相同形状和尺寸的介质条。
[0013]在一个实施例中，所述传输线工作在传播模式，所述传输线适用于从微波频段到光学频段之间的任意工作频率。
[0014]在一个实施例中，所述传输线内集成多个介质条，从而引入多个集总电容或电感，并可基于电路理论设计具有不同功能的集总电路。
[0015]可以通过在传输线内集成多个介质条，引入多个集总电容或电感。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0017]第一，本专利技术中介质条为亚波长尺寸，具备传统集总元件尺寸小的优点。
[0018]第二，本专利技术易于与多种类型的传输线进行集成，只需要替换原有传输线内的部分背景介质即可实现电容、电感的效果，设计方法简单。
[0019]第三，本专利技术中元件的电容值和电感值可以通过给出的解析公式进行准确计算。
[0020]第四，相比于传统集总元件，本专利技术的工作频段更宽，适用于微波到光学的任意频段。
[0021]第五，本专利技术将传统集总电路理论引入到传输线集成集总电路设计中，为实现集成度高、结构紧凑的集总电路或设备开辟了新的途径。
附图说明
[0022]图1为本专利技术提出的传输线集成集总元件的概念示意图。
[0023]图2为实施例一的结构和尺寸示意图。
[0024]图3为实施例一的理论与仿真元件值对比图，其中包括：(a)电容值随ε
DS
的变化，(b)电容值随t的变化，(c)电感值随ε
DS
的变化，(d)电感值随t的变化。
[0025]图4为实施例二的结构和尺寸示意图。
[0026]图5为实施例二的理论与仿真元件值对比图，其中包括：(a)电容值随ε
DS
的变化，(b)电容值随t的变化，(c)电感值随ε
DS
的变化，(d)电感值随t的变化。
[0027]图6为实施例三的结构和尺寸示意图。
[0028]图7为实施例三的理论与仿真元件值对比图，其中包括：(a)电容值随ε
DS
的变化，(b)电容值随t的变化，(c)电感值随ε
DS
的变化，(d)电感值随t的变化。
[0029]图8为实施例四的结构和尺寸示意图。
[0030]图9为实施例四的理论与仿真元件值对比图，其中包括：(a)电容值随ε
DS
的变化，(b)电容值随t的变化，(c)电感值随ε
DS
的变化，(d)电感值随t的变化。
[0031]图10为实施例五的结构和尺寸示意图。
[0032]图11为实施例五的理论与仿真元件值对比图，其中包括：(a)电容值随ε
DS
的变化，(b)电容值随t的变化，(c)电感值随ε
DS
的变化，(d)电感值随t的变化。
具体实施方式
[0033]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清晰，明白，下面将结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术的保护范围。
[0034]参阅图1，给出了本专利技术提出的传输线集成集总元件的概念示意图，给出了所提出元件在五种参考传输线结构中的具体实现形式。传输线一1、传输线二2、传输线三3、传输线四4、传输线五5的类型分别为波导、介质集成同轴线、同轴线、带线和微带线，它们均工作在传播模式，这里假定传输线内填充的背景介质一11、背景介质二21、背景介质三31、背景介质四41、背景介质五51的相对介电常数为ε
TL
，传输线的特征阻抗为Z
C
。随后将传输线内的部分背景介质替换为本专利技术提出的传输线集成集总元件，即介质条一12、介质条二22、介质条三32、介质条四42、介质条五52，这里假定其相对介电常数为ε
DS...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种传输线集成集总元件，为具有均匀介电常数的介质条，且所述介质条的介电常数与传输线内背景媒质的介电常数不同，所述介质条替换传输线内的部分背景媒质，呈现出集总电容或集总电感的特性。2.传输线，其特征在于，传输线内的部分背景媒质被具有均匀介电常数的介质条替代，所述介质条的介电常数与传输线内背景媒质的介电常数不同，从而呈现出集总电容或集总电感的特性。3.根据权利要求2所述传输线，其特征在于，沿电磁波传播方向，所述介质条横截面的形状与所述传输线内背景介质横截面的形状相同，所述介质条横截面的尺寸与所述传输线内背景介质横截面的尺寸相同。4.根据权利要求2所述传输线，其特征在于，沿电磁波传播方向，所述介质条的尺寸远远小于工作频率对应的波长，为亚波长尺度，具备集总元件的特征。5.根据权利要求2或4所述传输线，其特征在于，当介质条的介电常数大于传输线内背景介质的介电常数时，该介质条呈现出集总电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：李越，秦绪，孙旺宇，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：