宽带微带线过渡结构的-研究与设计

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1、硕士论文宽带微带线过渡结构的研究与设计1绪论1．1本课题的研究背景微波集成电路是工作在微波／毫米波波段的具备某种功能的电路，其是由一些微波无源器件、微波有源器件及大量的传输线之间的互连过渡结构集成在一个基片上的。微波集成电路大致经历了以下几个重要的时期llj-131。第一个时期是20世纪50年代前微波设备几乎都是由波导传输线和同轴传输线构成的。传统的波导具有功率容量大、传输功率高及传输损耗低等优点，但传统的波导体积大、不易集成且价格较高，而同轴线也不容易用来制作结构复杂的微波器件。第二个时期是到了50年代以后，随着微带线、槽线、共面波导、共面带状线等平面传输线的提

2、出，出现了微波混合集成电路HMIC(Hybridmicrowaveintegratedcircuits)，它是把陶瓷、蓝宝石或铁氧体等作为微波无源元件制作的介质基片，再把微波半导体器件装配在基片上。第三个时期是到了70年代，随着金属半导体场效应晶体管的出现、GaAs工艺的成熟及微波应用的频段越来越高，给微波单片集成电路MMIC(Monolithicmicrowaveintegratedcircuits)的发展奠定了基础。MMIC是把微波无源器件、微波有源器件、传输线和传输线间的互连过渡结构一起制作在一块半导体基片上，构成具有某种功能的微波集成电路。当前，MMIC在

3、大量的领域内有着广泛而深刻的应用，涉及到各种通信系统、相控阵雷达、电子侦查、民用移动电话、航空航天系统等方面。第四个时期是到了90年代，为了进一步满足通信设备高性能和小型化的需求，三维微波集成电路(3DMIC，Three．dimensionalmicrowaveintegratedcircuit)应运而生。它主要是将多块具有独立功能的电路芯片三维地集成在一个模块上面。从工艺上来看，三维微波集成电路可以分为淀积多芯片模块MCM．D(Deposition)和叠层多芯片模块MCM．L(Laminate)两种。微波多层PCB技术及近年来兴起的低温共烧陶瓷(LTCC)等技术

4、的出现，均可实现微波电路的三维集成，这样就大大减小了集成电路的体积，实现了小型化的目的，并且集成电路的性能也得到了提高。随着微波集成电路的发展，微波系统变得越来越复杂，这就需要混合微波集成电路(MICs)和单片微波集成电路(MMICs)之间的高密度的射频互连过渡，因而如何实现微波集成电路中的同层的及不同层的电磁信号宽带低损耗传输成为微波集成电路的重要课题之一。在微波集成电路中，由于每种传输线各自的优点，不可避免地出现由多种传输线组成的微波器件应用在同一微波系统中。其中微带线、共面带状线和共面波导等平面传输结构具有在设计、加工过程相对方便及易于集成等特点而在微波集成

5、电路中广泛应用。随着微波集成电路越来越多应用于微波／毫米波系统中，经常需要进行微带线与其他平面传输线的过渡。因此，微带线到其他平面传输线的过渡结构是微波集成电路中常常遇到的课题，其性能的优劣便成为影响系统特性的关键因素之一。1绪论硕士论文1．2微带线过渡结构简介目前微波／毫米波集成电路中，微带线是最常用的传输线，而共面波导和共面带状线等平面传输线较微带线有其独特的优点而常常使用。由于上述原因，在微波多层电路中必不可少地需要微带线．微带线垂直过渡结构、微带线．共面波导过渡结构及微带线．共面带状线过渡结构等。对于这些微带线相关的过渡结构的基本要求是：(1)传输损耗低，

6、回波损耗小(即阻抗匹配良好)，带宽宽。需要保证电磁能量从微带线低损耗宽带地传输到另外的平面传输线上，且要保证通带内的良好的阻抗匹配。(2)结构紧凑，加工制作容易，并能批量生产。1．2．1微带线．微带线垂直过渡结构图臣、，{圈区(c)图1．2．1微带线．微带线垂直过渡结构的几种常见的过渡形式(a)基于金属通孔的过渡；(b)基于槽耦合的过渡；(c)基于腔体耦合的过渡微带线．微带线垂直过渡结构实现的方式主要有三种：一、基于金属通孔实现上下层微带线过渡(图1．2．1a)【4】．【61。基于金属通孔的过渡结构，金属通孔等效为串联电感，具有低通特性。这一类过渡结构具有宽频带低

7、损耗特点，然而随着频率的升高，金属通孔会产生寄生效应，过渡性能变差并且ann-起来也较为复杂。二、基于槽耦合实现上下层微带线过渡(图1．2．1b)【7J-【121。基于槽耦合的过渡结构是通过在公共地板上开槽实现上下层微带线过渡，呈现带通特性。1993年TranM．分析了在上下层微带线的公共地板上开矩形槽实现的上下层微带线的过渡性能。1996年AntarYM．M．分析了微带线与槽线摆放任意角度对过渡性能的影响，同年ChenC．分析了在公共地板上开不同形状的槽对过渡性能的影响。1999年ZhuL．提出了在公共地板上开长度为四分之一波长的矩形槽，通过四分之一波长的电磁耦

8、合实现了宽