专利名称：宽频带阻抗变换器的制作方法
技术领域：
本发明用于GSM，CDMA，DCS，PHS，WLAN，3G，Bluetooth以及C波段卫星通信中的匹配，特别是一种宽频带阻抗变换器。
背景技术：
阻抗变换器作为一种匹配结构已经广泛应用于各种微波电路和天线系统中对提 高系统的性能有着十分重要的作用。传输线阻抗变换器有很多形式，主要有单节或多节1/4 传输线组成的阶梯式阻抗变换器和连续式阻抗变换器两大类。这两类变换器的分析和设 计，都是针对某个频率点或某个频率范围内的纯电阻实现阻抗匹配而进行的。对于渐变阻 抗变换器这类器件的基本原理与设计技术的大量文献已相继出现，例如《渐变传输线阻抗 变换器的优化设计》[科技通报，1998年14卷4期，作者马云辉]、《一种新的渐变线阻抗变 换器设计方法》[电子学报，刊号11-2087，作者王阳、沈楚玉]等，已涌现了从窄带到宽带、 从低频到高频的大量研究成果。并且这些成果已广泛应用于微波工程技术领域。微带小型 宽带阻抗变换器因其结构紧凑、性能稳定、成本低等特点而在微波技术领域有着及其广泛 的应用。目前随着移动通信技术的迅猛发展，已经对通信技术提出了小型化、宽频带的要 求。传统的K-渐变阻抗变换器结构由下到上分别是接地板、介质基片、和金属导带。首先 通过查表计算得到K-渐变阻抗变换器的阻抗，然后用工具软件算出金属导带长度和宽度 的函数关系，然后进行加工即可得到传统的切比雪夫阻抗变换器。传统常用的渐变阻抗变 换器由于长度太长不适合用于集成电路中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于GSM，CDMA，DCS, PHS, WLAN, 3G，Bluetooth以及 C波段通信中连接两个端口阻抗不匹配器件的宽频带阻抗变换器，使其工作在0. 8GHz到 6GHz频段上，从而满足GSM，CDMA, DCS, PHS, WLAN, 3G，Bluetooth以及C波段卫星通信中的需要。实现本发明目的的技术解决方案为一种宽带阻抗变换器，包括接地板，在介质层 中打上两排金属柱构成人工介质层，该人工介质层的底部设置接地板，该人工介质层上部 设置隔离层，该隔离层上设置金属导带，该两排金属柱设置在金属导带中心线两边。本发明与现有技术相比，其显著优点(1)采用了人工介质层和隔离层代替了原 来的普通介质基片，有效缩短了电路的长度，能够满足了移动通信和卫星通信中微波电路 小型化的需要。(2)带宽覆盖0. 8GHz—6GHz，达到7. 5个倍频程，满足GSM，CDMA，DCS，PHS， WLAN, 3G, Bluetooth以及C波段卫星通信中的带宽的需要。下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1是本发明宽带阻抗变换器的原理结构框图。
图2. 1-2. 10是本发明宽带阻抗变换器的分段俯视图。图3是本发明宽带阻抗变换器的侧视示意图。图4是本发明宽带阻抗变换器的仿真图。
具体实施例方式本发明宽带阻抗变换器，包括接地板13，在介质层中打上两排金属柱构成人工介质层12，该人工介质层12的底部设置接地板13，该人工介质层12上部设置隔离层11，该隔 离层11上设置金属导带1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，该两排金属柱设置在金属导带1、2、3、4、 5、6、7、8、9、10中心线两边。当100Ω匹配到50 Ω时，该两排金属柱对称设置在金属导带中 心线两边。本发明宽带阻抗变换器的结构将传统的介质基片换成人工介质基片和隔离层 (隔离层在上)，其原理图如图1所示。人工介质基片是通过在在微带线下面部位打上金属 柱，这种结构可以提高微带线的分布电容C，相当于提高了有效介电常数，而分布电感 L基本保持不变，介质的有效磁导率y eff基本保持不变，微带线的特性阻抗忑=-Iljc，这 样就可以在金属导带的宽度保持不变通过改变微带线下的金属柱的大小和排列而改变微 带线的特性阻抗。此外，介质的有效折射率/V =Vff^iV，其中是介质的有效介电常 数，Prff是介质的有效磁导率，所以介质的有效折射率就提高了。导波波长等于真空中波长 除以有效折射率，从而减小了导波波长，这样就可以实现电路的小型化。结合图2. 1 2. 10，本发明宽带阻抗变换器的金属导带可以为四、五、六、七、 八、九或十段，其中第一金属导带1长I1为10. 2mm-10. 9mm，对应下方的第一组金属 柱间距P1为0.43mm--0.46mm与金属导带夹角为0. 15° —0.19° ；第二金属导带2 长I2为9. 7mm-10. 2mm，对应下方的第二组金属柱间距p2为0. 46mm—0. 47mm与金属导 带夹角为0.15° —0.19° ；第三金属导带3长I3为9. 7mm-10. 2mm，对应下方金属柱 间距P3S 0. 54mm—0. 58mm与金属导带夹角为0.43° —0.47° ；第四金属导带4长 I4为11. Imm-11. 5mm,对应下方金属柱间距P4为0. 78mm—0. 82mm与金属导带夹角为 0.19° —0.23° ；第五金属导带5长I5为11. 7mm-12. 1mm，对应下方金属柱间距p5为 0.96mm—0. 98mm与金属导带夹角为0.38° —0.42° ；第六金属导带6长I6为12. 6—13mm， 对应下方金属柱间距P6*0.18mm--1.22mm与金属导带夹角为0.55° —0.59° ；第 七金属导带7长I7为13. 9-14. 3mm，对应下方金属柱间距p7为0. 78mm—1. 82mm与金 属导带夹角为2.84° —2.88° ；第八金属导带8长18为15. lmm—15. 5mm，对应下方 金属柱间距P8S 1. 18mm—2. 22mm与金属导带夹角为0. 76° —0.8° ；第九金属导带 9长19为15. 6mm-16. 1mm，对应下方金属柱间距p9为2. 8mm_3. 2mm与金属导带夹角为 1.49° —1.53° ；第十金属导带10长Iltl为16. lmm—16. 7mm，对应下方金属柱间距p1Q为 0.5111111-5.5111111与金属导带夹角为3.6° -3.66° ；所有的金属导带宽为0. 8mm-—Imm ；所有的 金属柱高度为 0. 75mm—0. 85mm，直径为 0. 35mm—0. 45mm。实施例1 结合图1、图2、图3和图4以工作频段在0. 8GHz到6GHz的100 Ω匹配 到50 Ω的阻抗变换器为例，详细说明本发明结构的具体实施方式
，图2. 1-2. 10将阻抗变换 器分成十段。借助目前已非常成熟的微波集成电路加工工艺技术，按下列参数在印刷电路板上制作一微带线，该阻抗变换器结构是上下对称的，金属导带宽0. 9mm，金属柱高度为0. 8mm, 直径为0. 4mm。第一金属导带1长I1为10. 6mm，对应下方金属柱间距P1为0. 44mm与金属 导带夹角为0. 17° ；第二金属导带2长I2为10mm，对应下方金属柱间距p2为0.45mm与金 属导带夹角为0. 17° ；第三金属导带3长I3为10mm，对应下方金属柱间距p3为0.56mm与 金属导带夹角为0. 45° ；第四金属导带4长I4为11. 3mm，对应下方金属柱间距p4为0. 8mm 与金属导带夹角为0. 21 ° ；第五金属导带5长I5为11. 9mm,对应下方金属柱间距P5为 0. 96mm与金属导带夹角为0. 4° ；第六金属导带6长I6为12. 8mm，对应下方金属柱间距p6 为1. 2mm与金属导带夹角为0. 57° ；第七金属导带7长I7为14. 1mm，对应下方金属柱间距 P7为1. 8mm与金属导带夹角为2. 86° ；第八金属导带8长I8为15. 3mm，对应下方金属柱间 距p8为2. 2mm与金属导带夹角为0. 78° ；第九金属导带9长I9为15. 8mm,对应下方金属柱 间距P9为3mm与金属导带夹角为1. 51° ；第十金属导带10长Iltl为16. 4mm，对应下方金属 柱间距PltlS 5mm与金属导带夹角为3. 63° ；端口 portl的阻抗是50 Ω，端口 port2的阻抗 是100 Ω。介质基片11为隔离层，相对介电常数为2. 2，厚度Ill为0. 2mm ；人工介质层12相 对介电常数也为2. 2，厚度h2为0. 8mm, 13为地。
本发明的HFSS仿真结果，可以看出此阻抗变换器传输系数|S21|彡0.26dB，反射 系数ISllI彡20dB，而本发明长度128. 2mm比传统的渐变阻抗变换器的160. 2mm缩短了约 20%。实施例2 金属导带宽1mm，第一金属导带1长I1为10. 9mm，对应下方金属柱间距 P1为0.46mm与金属导带夹角为0. 15° ；第二金属导带2长I2为10. 2mm，对应下方金属柱 间距P2为0.47mm与金属导带夹角为0. 15° ；第三金属导带3长I3为10. 2mm，对应下方金 属柱间距P3为0. 58mm与金属导带夹角为0. 43° ；第四金属导带4长I4为11. 5mm，对应下 方金属柱间距P4为0.82mm与金属导带夹角为0. 19° ；第五金属导带5长I5为12. 1mm，对 应下方金属柱间距P5为0. 98mm与金属导带夹角为0. 38° ；第六金属导带6长I6为13mm， 对应下方金属柱间距P6为1. 22mm与金属导带夹角为0. 55° ；第七金属导带7长I7为 14. 3mm,对应下方金属柱间距P7为1. 82mm与金属导带夹角为2. 84° ；第八金属导带8长I8 为15. 5mm，对应下方金属柱间距p8为2. 22mm与金属导带夹角为0. 76° ；第九金属导带9长 19为16. 1mm，对应下方金属柱间距P9为3. 2mm与金属导带夹角为1.49° ；第十金属导带10 长Iltl为16. 7mm，对应下方金属柱间距Pltl为5. 5mm与金属导带夹角为3. 6° ；端口 portl的 阻抗是50Ω，端口 port2的阻抗是100Ω。金属柱高度为0. 75mm，直径为0. 45mm。介质基 片11为隔离层，相对介电常数为2. 2，厚度Ill为0. 25mm ；人工介质层12相对介电常数也为 2. 2，厚度h2为0. 75mm, 13为地。这样能达到同样的效果。实施例3 金属导带宽0. 8mm，第一金属导带1长I1为10. 2mm，对应下方金属柱间 距P1为0. 43mm与金属导带夹角为0. 19° ；第二金属导带2长I2为9. 7mm,对应下方金属柱 间距P2为0. 46mm与金属导带夹角为0. 19° ；第三金属导带3长I3为9. 7mm，对应下方金 属柱间距P3S 0.54mm与金属导带夹角为0.47° ；第四金属导带4长I4为11. 1mm，对应下 方金属柱间距P4为0. 78mm与金属导带夹角为0. 23° ；第五金属导带5长I5为11. 7mm，对 应下方金属柱间距P5为0. 96mm与金属导带夹角为0. 42° ；第六金属导带6长I6为12. 6， 对应下方金属柱间距P6为1. 18mm与金属导带夹角为0. 59° ；第七金属导带7长I7为 13. 9mm，对应下方金属柱间距p7为1.78mm与金属导带夹角为2.88° ；第八金属导带8长18为15. 1mm，对应下方金属柱间距P8为2. 18mm与金属导带夹角为0. 8° ；第九金属导带9长I9为15. 6mm，对应下方金属柱间距p9为2. 8mm与金属导带夹角为1.53° ；第十金属导 带10长Iltl为16. 1mm，对应下方金属柱间距Pltl为0. 5mm与金属导带夹角为3. 66° ；金属 柱高度为0. 85mm，直径为0. 35mm。介质基片11为隔离层，相对介电常数为2. 2，厚度Ill为 0. 15mm ；人工介质层12相对介电常数也为2. 2，厚度h2为0. 85mm, 13为地。这样能达到同 样的效果。
权利要求
一种宽带阻抗变换器，包括接地板[13]，其特征在于在介质层中打上两排金属柱构成人工介质层[12]，该人工介质层[12]的底部设置接地板[13]，该人工介质层[12]上部设置隔离层[11]，该隔离层[11]上设置金属导带[1，2，3，4，5，6，7，8，9，10]，该两排金属柱设置在金属导带[1，2，3，4，5，6，7，8，9，10]中心线两边。
2.根据权利要求1所述的宽带阻抗变换器，其特征在于当100Q匹配到50Q时，该 两排金属柱对称设置在金属导带中心线两边。
3.根据权利要求1所述的宽带阻抗变换器，其特征在于金属导带为四、五、六、 七、八、九或十段，其中第一金属导带[1]长“为10. 2mm--10.9mm，对应下方的第一组 金属柱间距Pi为0.43mm--0.46mm与金属导带夹角为0. 15° —0.19° ；第二金属导 带[2]长12为9. 7mm-10. 2mm，对应下方的第二组金属柱间距p2为0. 46mm—0. 47mm与 金属导带夹角为0.15° —0.19° ；第三金属导带[3]长13为9. 7mm-10. 2mm，对应 下方金属柱间距口3为0.54mm--0.58mm与金属导带夹角为0.43° —0.47° ；第四金 属导带[4]长14为11. 1mm—11. 5mm，对应下方金属柱间距p4为0. 78mm—0. 82mm与 金属导带夹角为0.19° —0.23° ；第五金属导带[5]长15为11.7mm-12. 1mm，对应 下方金属柱间距口5为0.96mm--0.98mm与金属导带夹角为0.38° —0.42° ；第六金 属导带[6]长16为12. 6—13mm,对应下方金属柱间距p6为0. 18mm—1. 22mm与金属 导带夹角为0.55° —0.59° ；第七金属导带[7]长17为13.9-14. 3mm，对应下方金 属柱间距78mm--1.82mm与金属导带夹角为2.84° —2.88° ；第八金属导带 [8]长18为15. 1mm—15. 5mm，对应下方金属柱间距p8为1. 18mm—2. 22mm与金属导带 夹角为0.76° —0.8° ；第九金属导带[9]长19为15.6mm-16. 1mm，对应下方金属柱 间距2.8mm-3. 2mm与金属导带夹角为1.49° —1.53° ；第十金属导带[10]长 110为16. 1mm—16. 7mm，对应下方金属柱间距p1(1为0. 5mm_5. 5mm与金属导带夹角为 3.6° -3.66° ；所有的金属导带宽为0.8mm-—1mm ；所有的金属柱高度为0. 75mm—0. 85mm， 直径为 0. 35mm~0. 45mm。
全文摘要
本发明公开了一种宽带阻抗变换器，包括接地板，在介质层中打上两排金属柱构成人工介质层，该人工介质层的底部设置接地板，该人工介质层上部设置隔离层，该隔离层上设置金属导带，该两排金属柱设置在金属导带中心线两边。本发明采用了人工介质层和隔离层代替了原来的普通介质基片，有效缩短了电路的长度，能够满足了移动通信和卫星通信中微波电路小型化的需要；带宽覆盖0.8GHz--6GHz，达到7.5个倍频程，满足GSM，CDMA，DCS，PHS，WLAN，3G，Bluetooth以及C波段卫星通信中的带宽的需要。
文档编号H01P5/12GK101847768SQ20091002992
公开日2010年9月29日 申请日期2009年3月27日 优先权日2009年3月27日
发明者丁大志, 唐万春, 林叶嵩, 温中会, 王丹阳, 许小卫, 陈如山 申请人:南京理工大学