专利名称：不连续传输线结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种不连续传输线结构，特别涉及一种具有交替高电感性与 高电容性元件的不连续传输线结构。
背景技术：
随着移动通信的普及，为了正确与移动用户进行通信，具有波束扫描的相位阵列天线更显其重要性。同样的在射频辨识(Radio Frequency Identification RFID)系统中，移动式仓储系统及运输带上货物检测的应用，均 可利用具有波束扫描的相位阵列天线读取器，以提升RPID读取器的工作效 能。将Butler Matrix控制电路应用于相位阵列天线中，可利用其精准控制输 入信号大小与相位的优点，达成具有波束扫瞄的相位阵列天线。故将Butler Matrix应用于RFID系统，可^:升其效能。Butler Matrix相位阵列天线控制电路中包含3-dB支线耦合器(3-dB branch line coupler)、 0-dB交越线(O-dB crossover)以及作为相位调整的用的传 输线，由于3-dB支线耦合器具有相位控制及功率分配的功用，故广泛应用 于微波电路设计上，是为Butler Matrix电路的关键元件。将Butler Matrix相位阵列天线控制电路应用于RFID系统中，由于RFID 系统操作于900MHz会有电路面积太大的缺点，故可使用不连续传输线的技 术缩小电路面积。由传输线理论可知，无损耗传输线的特征阻抗、相速度及 导波波长为其中，Zo为特征阻抗，L为传输线的单位长度电感值，C为传输线的单 位长度电容值，Vp为电磁波于传输线内的相速度，f为电磁波的频率，入为 电磁波的导波波长。当传输线的电感与电容成份等比例增加，其特征阻抗不 变则相速度会变小，此时传输线的导波波长将随之缩小。利用上述观念，只 要将传输线的电感与电容成份等比例增加，便可缩小电路尺寸。请参阅图1，显示具有高电感性与高电容性元件交互组合的不连续传输线100。此不连续传输线100由输入传输线110、输出传输线120、多个电感 元件L与多个电容元件(如d与C2)所组成，这些元件是由位于基板101上 的金属板所形成，多个电感元件L串联在输入传输线110与输出传输线120 之间，在每两个电感元件之间连接一对并联接地电容元件(如Q与C2)，而且 此对电容元件连接在电感元件L的两侧。电感元件L以不连续方式串联在输 入传输线110与输出传输线120之间可提高不连续传输线100的单位长度电 感值，电容元件以并联方式连接在输入传输线IIO与输出传输线120之间可 提高不连续传输线IOO的单位长度电容值。电感元件与电容元件需交替串接 在输入传输线110与输出传输线120之间。该设计若应用于卯OMHz RFID系统中，则其具有90度相位移的传输线， 且尺寸必须达到30.8mm x 4mm。在一个4x4 Butler Matrix相位阵列天线控 制电路之中，必须使用四个包含四段不连续传输线的3-dB支线耦合器、两 组包含两个3-dB支线耦合器的O-dB交越线、两段调整相位用的45度传输 线，故至少需要使用34段具有90度或45度相位移的不连续传输线。故若 此不连续传输线的尺寸过大，将会造成Butler matrix相位阵列天线的体积过 于庞大，以至于不容易安装使用，并造成额外损耗。故本发明提出可同时增加传输线单位长度的电感及电容元件值，在维持 特征阻抗不变下，有效降低相速度以便缩小电路尺寸的方法。发明内容有鉴于此，需要提供一种不连续传输线结构，其具有高单位长度的电感 值和高单位长度的电容值，可以通过增加传输线负载电感值和电容值有效减 少尺寸，且能保持不连续传输线的特征阻抗不变。本发明的一个目的是提供一种不连续传输线结构，其包含输入传输线； 输出传输线；多个弯曲的电感元件，串联耦接在该输入传输线与该输出传输 线之间；以及多个并联接地电容元件，耦接在该弯曲的电感元件之间。本发明的另一目的是提供一种不连续传输线结构，以给定的特征阻抗提 供相位延迟。该不连续传输线结构包括输入信号经由该不连续传输线后获 得输出信号，该不连续传输线包含输入传输线；输出传输线；以及电感电
容组合电路，串联在该输入传输线与该输出传输线之间，其中该电感电容组 合电路包括多个弯曲的电感元件，以及多个并联接地电容，耦接至该些弯曲 的电感元件之间，其中，该相位延迟由该些弯曲的电感元件以及该些并联接 地电容决定。上述不连续传输线结构，由于具有多个弯曲的电感元件以及多个并联接 地电容，因此，该不连续传输线可以通过增加传输线负载电感值和电容值有 效减少尺寸，且能保持不连续传输线的特征阻抗不变。换句话说，该不连续 传输线具有在小尺寸下宽范围变化的特征阻抗值，从而可以抑制宽频率范围 的高频噪音信号。为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优 选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图l是根据已知技术，显示不连续传输线的实际设计图。图2A是根据本发明的第一具体实施例，显示不连续传输线的等效电路图。图2B是根据本发明的第一具体实施例，显示不连续传输线的实际设计图。图3A是根据本发明的第二具体实施例，显示不连续传输线的等效电路图。图3B是根据本发明的第二具体实施例，显示不连续传输线的实际设计图。图4A是根据本发明的第三具体实施例，显示不连续传输线的等效电路图。图4B是根据本发明的第三具体实施例，显示不连续传输线的实际设计图。图5A是根据本发明的第四具体实施例，显示不连续传输线的等效电路图。图5B是根据本发明的第四具体实施例，显示不连续传输线的实际设计图。图6是根据本发明的第五具体实施例，显示不连续传输线的等效电^各图。 附图标记说明L,、 L2、 L3、 L4、 L5:弯曲的电感元件Cpii 、Cpl2、 Cp2l、Cp22、 Cp31、 Cp32、 Cp4i、Cp42、 Cpi、Cp2 、 Cp3 、Cp6、CP7、 Cp8:并4关4妄地电容cgl、cg2、 cg3、Cg4、 Cg5、 Cg6、 C" C2二串联电容VIN:输入端Vqut:输出端200、300、 400、500:不连续传输线201、301、 401、501:基板210、310、 410、510:输入传输线220、320、 420、520:输出传输线具体实施方式
请参阅图2A，是根据本发明的第一具体实施例所显示的不连续传输线 结构的等效电路图。此不连续传输线结构包括电感电容组合电路，其包含多 个电感元件L!、 L2、 L3、 L4、 L5，以及多个并联接地电容元件Cpu,Cpu，Cp2！, Cp22, Cp31， Cp32， Cp41， Cp42。多个电感元件L" L2、 L3、 L4、 L5串联在输入端VjN与输出端VouT之间。 一对并联接地电容元件CpH与Cp^连接在两个电感元件L,与L2之间。相同地，在电感元件L2与L3之间连4妄一对4妄地电容元 件Cp21与Cp22;在电感元件L3与L4之间连接一对接地电容元件Cp3l与Cp32; 在电感元件U与L5之间连接一对接地电容元件C-与Cp42。并联接地电容 元件Cpll, Cpl2, Cp21, Cp22, Cp31, Cp32, Cp41, Cp42的一端连接相应的电感元件L!、 L2、 L3、 L4、 L5,另一端则4妄地。请参阅图2B,是根据本发明的第一具体实施例，依照图2A的等效电路 图设计不连续传输线200。在基板201之上以金属板形成电感元件Li、 L2、L3、 L4、 L5与电容元件CpU,Cp!2,Cp2i，Cp22,Cp3i，Cp32,Cp化Cp42。此不连续传输线200包括输入传输线210、输出传输线220，电感元件L!、 L2、 L3、 L4、 L5串联在输入传输线210与输出传输线220之间。每个电感元件L2、 L3、 L4、 Ls均是弯曲的，因此称为弯曲的电感元件。每两个电感元件之间对 称连接一对并联接地电容元件，每对并联接地电容元件的外观为金属平板。 根据本发明的具体实施例，输入传输线210与输出传输线220为微带线 (microstrip)，电感元件L^ L2、 L3、 L4、 L5为利用弯曲的金属线所构成，故 具有较高的电感值，而电容元件Cpll， Cpl2， Cp21， Cp22， Cp31， Cp32， Cp41， Cp42为大面积的金属板所构成，该电容元件cpll， cpl2, cp21, cp22， cp31， cp32， cp41, cp42的金属板连接电感元件Li、 L2、 L3、 L4、 Ls的弯曲的金属线，而以基板201为 接地端，作为电容元件的另一电极板，以提高电容元件的电容值，或者在基 板201的另一面覆盖接地金属板，以形成基板201的接地端。根据本发明的第一具体实施例，利用弯曲的金属线构成电感元件可以得 到较大的电感值，搭配大面积电极板所构成的并联接地电容元件，可有效降 低相速度，达成缩小不连续传输线的面积。请参阅图3A,是根据本发明的第二具体实施例所显示不连续传输线的 等效电路图。类似于本发明的第一具体实施例，第二具体实施例包括电感电 容组合电路，其包含多个弯曲的电感元件L!、 L2、 L3、 L4、 Ls与并联 接地电答元件Cpli, Cpl2， Cp21， Cp22, Cp31， Cp32, Cp4i， Cp42。在输入端VIN与输出端VoUT之间串联多个电感元件L2、 L3、 L4、 L5，在两个电感元件"与Lz之间 连接一对并联接地电容元件Cpu与Cpl2。相同地，在电感元件乙2与L3之间 连接一对并联接地电容元件Cp21与Cp22;在电感元件U与U之间连接一对 并联接地电容元件Cpw与Cp32;在电感元件U与L5之间连接一对并4关接地 电容元件Cp41与Cp42。并联接地电容元件Cpll， Cpl2, Cp21， Cp22, Cp31, Cp32， Cp41, Cp42的一端连接相应的电感元件L!、 L2、 L3、 L4、 L5,另一端则接地。根据本发明的第二具体实施例，电感电容组合电路还包括多个串联电容 元件Cgl， Cg2, Cg3， Cg4, Cg5, Cg6。在电感元件L2的两侧，另外对称连接一对串 联电容元件Cg,与Cg2，并与电感元件L2形成并联电路。此结构具有低通滤 波器的效果，此串联电容元件Cg与cg2可与L2共同提供拒带(stopband)传输 零力、(transmission zero), 用以才是升电3各步贞率选4奪'I"生(frequency selectivity), 优 良的频率选择性将可进一步抑制高频杂讯信号的通过。相同地，电感元件 L3并4关于一对串if关电容元件Cg3与Cg4,电感元件L4并if关于一对串联电容元件Cg5与Cg6。请参阅图3B，是根据本发明的第二具体实施例，显示不连续传输线结 构300的实际设计图。类似于本发明的第一具体实施例，第二具体实施例在 基板301之上以金属板形成输入传输线310、输出传输线320、弯曲的串联 电感元件L" L2、 L3、 L4、 Ls与并联接地电容元件Cpu、 Cpl2、 Cp21、 Cp22、 Cp31、 Cp32、 Cp41、 Cp42。在第二具体实施例之中，每对并联接地电容元件Cpn、
Cpl2、 Cp21、 Cp22、 Cp31、 Cp32、 Cp41、 &42的外观为'T，形，多个弯曲的串联 电感元件L2、 L3、 U设置在多个"I"形之间。更详细来说，每个串联电感 元件L2、 L3、 U设置在两个'T，形之间。如此，可以增加并联接地电容元 件Cpll、 Cpl2、 Cp21、 Cp22、 Cp31、 Cp32、 Cp41、 Cp42的电容值，搭配用弯曲的 线所构成的串联电感元件，可以降低相速度，且缩小不连续传输线的电路面 积。串联接地电容Cgl, Cg2， Cg3， Cg4， Cg5， Cg6由基板301之上的金属板形成。 在实际的工艺中，串联接地电容Cgl, Cg2, Cg3， Cg4， Cg5， Cg6可以由相邻并联接 地电容元件Cpu、 Cpl2、 Cp21、 Cp22、 Cp31、 Cp32、 Cp41、 Cp42耦合而成。例如，
电容元件cp 与cp21的金属板形成串联电容元件cgl的两个电极，并以基板
301及空气共同作为介电层。相同地，电容元件Cp2,与(^31的金属板成为串
联电容元件cg3的两个电极，电容元件cp31与cp41的金属板成为串联电容元 件cg5的两个电极，电容元件cpl2与cp22的金属板成为串联电容元件cg2的 两个电极，电容元件cp22与cp32的金属板成为串联电容元件cg4的两个电极
板，电容元件Cp32与Cp42的金属板成为串联电容元件Cg6的两个电极。这些
串联电容Cgl, Cg2, Cg3， Cg4, Cg5， Cg6可提供拒带传输零点，有助于提升电路频
率选择性。
由于并耳关4妾i也电容元4牛cpll、 cpl2、 cp21、 cp22、 cp31、 cp32、 cp41、 cp42
与串联电感元件L!、 L2、 L3、 L4、 Ls按如上所述的方式结合，因此，第二具 体实施例可以降低相速度、缩小不连续传输线的电路面积。
请参阅图4A,是根据本发明的第三具体实施例所显示不连续传输线结 构的等效电路图，此等效电路图相同于第二具体实施例的等效电路图，但在 图4B中，显示本发明的第三具体实施例不连续传输线结构400的实际设计 图。与第二具体实施例相比，在第三具体实施例中，两个相邻'T，形的并 联接地电容的两端系如图4B所示的指插形。在基板401上以金属板形成输 入传输线410、输出传输线420与多个弯曲的串联电感元件、并联接地电容
元件Cpii， Cpi2， Cp2l, Cp22， Cp3i， Cp32， Cp4i， Cp42与串联电容元件Cgl, Cg2， Cg3， Cg4,
cg5, cg6,其中电感元件、并联接地电容元件cpll, cpl2, cp21， cp22， cp31, cp32， cp41,
Cp42与串联电容元件Cgl, Cg2， Cg3, Cg4, Cg5, Cg6与前述的实施例相同。与第二 具体实施例相比，在第三具体实施例中，两个相邻'T，形的并联接地电容 的两端系如图4B所示的指插形。该指插形形成串联电容元件Cgi, Cg2， Cg3， Cg4, Cg5,Cg6，彼此互相交错以增加串联电容元件的电极板面积，藉以增加串联电
容元件的电容值，此设计除可提升电路带拒频率选择效能，对并联接地电容 量亦有少许贡献。
请参阅图5A，是根据本发明的第四具体实施例所显示的不连续传输线 结构的等效电路图。第四具体实施例的不连续传输线结构包括电感电容组合 电路，其包含多个电感元件Li、L2、L3,并联接地电容元件Cpll， Cpl2， Cp21， Cp22， 以及串联电容元件C^,Cg2。在输入端与输出端之间，串联多个电感元件Lj、 L2、 L3，在两个电感元件"与L2之间并联一对接地电容元件Cpu与Cpl2; 相同地，在电感元件L2与L3之间并联一对接地电容元件Cw与Cp22。每个 并联接地电容元件Cpn，Cp仏Cp2i，Cp22—端连接对应的电感元件L。 L2、 L3， 另一端则接地；根据本发明的第四具体实施例，在电感元件L2的两侧，对 称连接一对串联电容元件Cgl与Cg2，其中串联电容元件Cgi是连接电容元件 Cpll与Cp21的一端而并联于电感元件L2，串联电容元件Cg2系连接电容元件Cp,2与Cp22的一端而并联于电感元件L2,而串联电容元件Cg!与Cg2与电感元件L2所形成的共振器可提供传输零点，增加电路频率选择性。
请参阅图5B，是根据本发明的第四具体实施例，显示不连续传输线结 构500的实际设计图，其类似于第二具体实施例与第三具体实施例的结合。 在基板501上以金属板形成输入传输线510、输出传输线520、弯曲的串联 电感元件L,、 L2、 L3与并联接地电容元件Cpu、 Cpl2、 Cp21、 Cp22。相邻的并 联接地电容元件的一侧为指插形以形成串联电容，即电容元件Cpll与Cp21 的金属板成为串联电容元件Cgl的两个电极，并以基板501及空气共同为介 电层，故电容元件Cpl2与Cp22的金属板成为串联电容元件Cg2的两个电极板。 本发明的第四具体实施例类似于第三具体实施例。
根据本发明的第四具体实施例，电感元件L!、 L2与L3为弯曲的金属线， 相较于第三具体实施例，则增加每一个电感元件的曲折度，有效提高每一个 电感元件的电感值，再者，增大电容元件的金属板面积，以提高电容元件的 电容值。因不连续传输线结构的电感值与电容值同时提高，故进一步缩小不 连续传输线结构的尺寸。
请参阅图6,是本发明的第五具体实施例的不连续传输线结构的等效电 路图。在第五具体实施例中，不连续传输线结构包括电感电容组合电路，其 包含多个弯曲的电感元件Lp L2、 L3,多个并联接地电容元件Cp,、 Cp2、 Cp3、 Cp4、 Cp5、 Cp6、 Cp7、 Cp8、 C 、 C12、 C13、 C14,以及串联电容d、 C2。多个
弯曲的电感元件L!、 L2、 L3串联在不连续传输线的输入端与输出端之间。弯 曲的电感元件L2的两端分别对称并联耦接两对并联接地电容元件Cpl、 Cp3、 Cp5、 Cp7和Cp2、 Cp4、 Cp6、 Cp8。串联电容d设置在并联接地电容Cp!、 Cp2
之间，串联电容C2设置在并联接地电容Cp3、 Cp4之间，且串联电容d、 C2 平行于弯曲的电感元件L2设置，且由并联接地电容元件Cp,、 Cp2、 Cp3、 Cp4 的指插形端形成。并联接地电容元件Cp5、 Cp6、 Cp7及Cp8由规则的金属板形 成。接地电容元件Cp!、 Cp2、 Cp3、 Cp4、 Cp5、 Cp6、 Cp7及Cp8的一端耦接至弯
曲的电感元件L2，另一端则耦接至接地端。弯曲的电感元件Li， L2， L3代表 弯曲线段的电感元件，且弯曲的电感元件Lh L3的寄生电容值可计算为并联
接地电容Cu,C,2，d3，Cw。并联接地电容Cp5、 Cp6、 Cp7、及Cp8为小的平行 平板电容，其平行于并联接地电容Cp!、 Cp2、 Cp3、及Cp4。
本发明的具体实施例^L露一种不连续传输线结构，此不连续传输线结构
系包含多个LC电路，每个LC电路具有高电感值与高电容值，使得信号在 经过此不连续传输线后，其相位会被延迟，而经由调整LC电路的组合数目 或者LC电路的电容电感值可决定信号的相位延迟度。本发明的具体实施例 所披露的不连续传输线，可用于耦合器、相移器、回授线路、不平衡至平衡 转换线路，特别是在高频电路中，需要缩小化的高频元件，可使用这种不连 续传输线结构来组合高频元件，以缩d、元件的尺寸。
此外，本发明具体实施例披露的弯曲的电感元件可以为曲折线段的电感 元件，每个曲折线段的电感元件包括多个曲折连接的金属线段，而且，曲折 越多，该曲折线段的电感元件能具有更高的电感值。金属板的面积可以增加 以获得更高的电容值。
虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领 域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因 此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的为准。
权利要求
1. 一种不连续传输线结构，包含 输入传输线；输出传输线；多个弯曲的电感元件，串联耦接在该输入传输线与该输出传输线之间；以及多个并联接地电容元件，耦接在该弯曲的电感元件之间。
2. 如权利要求1所述的不连续传输线结构，还包含多个串联电容元件， 耦接在该些并联接地电容元件间，且并联于该些弯曲的电感元件。
3. 如权利要求1所述的不连续传输线结构，其中一对该并联接地电容元 件位于该些弯曲的电感元件的两侧，每一个该些并联接地电容元件的一端耦 接至该些弯曲的电感元件其中之一 ，另 一端则耦接至接地端。
4. 如权利要求3所述的不连续传输线结构，其中该对并联接地电容元件 的外观为平板。
5. 如权利要求3所述的不连续传输线结构，其中该对并联接地电容元件 的外^见为'T'形。
6. 如权利要求5所述的不连续传输线结构，其中该些弯曲的电感元件位 于该'T'形之间。
7. 如权利要求5所述的不连续传输线结构，还包含多个串联电容，耦接 在该些并联接地电容之间且并联于该些弯曲的电感元件，其中该些串联电容 由两个相邻的'T'形的两对应端所形成。
8. 如权利要求5所述的不连续传输线结构，其中该"I"形的一端为指插形。
9. 如权利要求8所述的不连续传输线结构，还包含多个串联电容，耦接 在该并联接地电容之间且并联于该些弯曲的电感元件，其中该些串联电容由 两个相邻的指插形端所形成。
10. 如权利要求1所述的不连续传输线结构，还包含基板，用于放置该输入传输线、该输出传输线、该弯曲的电感元件与该 并联接地电容元件；以及接地板，设置于该基板下方。
全文摘要
本发明公开了一种不连续传输线结构。该不连续传输线结构包含输入传输线；输出传输线；多个弯曲的电感元件，串联耦接在该输入传输线与该输出传输线之间；以及多个并联接地电容元件，耦接在该弯曲的电感元件之间。上述不连续传输线具有高电感值和高电容值，可以通过增加传输线负载电感值和电容值有效减少尺寸，且能保持不连续传输线的特征阻抗不变。
文档编号G06K19/00GK101123422SQ200710129120
公开日2008年2月13日 申请日期2007年7月11日 优先权日2006年7月12日
发明者杨成发, 王钊伟, 马自庄 申请人:永丰余射频辨识科技有限公司