专利名称：一种微带巴仑的制作方法
技术领域：
本发明涉及微波工程领域，尤其涉及一种用于微波工程的微带巴仑。
背景技术：
微波工程中用来传输信号的微带线、同轴线都是非平衡系统，然而偶极子天线、推拉式放大器、双平衡混频器、倍频器等都是平衡系统，需要巴仑将两者进行转换。巴仑能输出两路幅度相等，相位相反的信号，用于把不平衡系统变换到平衡系统，且能实现输入口和输出口间的阻抗变换。随着通信的发展，人们需要大的工作带宽以方便集成二维器件。图1为具有三层结构的微带巴仑的截面示意图，如图所示，微带巴仑由正面的微带线101、中间介质层102 和位于中间介质层102背面的接地面导体103构成。图2为现有技术中的一种微带巴仑中微带线示意图，称为环行电桥，具有四个分支臂的环形电路，沿圆周这四个支臂之间的距离是1到4为3λ/4，其余各臂之间为λ/4(λ为微波波长)。然而该环形电桥只有20%的带宽，带宽较小，难于满足通信的需求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种平面微带巴仑，其带宽超过40%。本发明的目的是通过以下技术方案实现的根据本发明，提供一种微带巴仑，包括微带导体、接地面导体和位于微带导体与接地面导体之间的中间介质层，其中，所述微带导体由三根微带线组成，所述接地面导体具有槽状结构。在上述微带巴仑中，所述三根微带线平行且沿水平方向等间距排列。在上述微带巴仑中，所述三根微带线中处于中间的第二微带线位于整个巴仑图形水平方向的中心，处于其左右两侧的第一和第三微带线中心对称，第二微带线与第一微带线方向同向。在上述微带巴仑中，所述三根微带线中的每一根微带线宽度相同。在上述微带巴仑中，所述三根微带线中的每一根微带线的宽度不同，且在长度上分为三段，包括起始段、中间段和末段。在上述微带巴仑中，所述三段具有三个不同宽度，两段之间通过梯形连接在一起。 其中，所述中间段的长为四分之一波长，末段为四分之一波长开路微带线，梯形的高度小于十分之一波长，所述波长为微带巴仑工作频率的波长。在上述微带巴仑中，所述起始段、中间段具有不同宽度，且通过梯形连接在一起， 中间段的长为四分之一波长，末段为扇形，其半径为四分之一波长，所述波长为微带巴仑工作频率的波长。在上述微带巴仑中，所述槽状结构位于整个巴仑图形的垂直方向的中心，且左右对称，槽状结构的直线段的末端位于第一和第三微带线的正下方。
在上述微带巴仑中，所述槽状结构直线段的宽度小于1mm，槽状结构的两端为扇形，扇形的半径为四分之一波长，所述波长为微带巴仑工作频率的波长。本发明的优点在于，易于设计和制作，具有宽工作带宽。
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中图1是现有技术中微带巴仑的横截面图；图2是现有技术中微带巴仑的正面图形示意图；图3是本发明优选实施例的微带巴仑的整体示意图；图4是本发明优选实施例的微带巴仑的正面图形示意图；图5是本发明优选实施例的微带巴仑的背面图形示意图；图6a是本发明优选实施例的微带巴仑的计算机仿真结果(幅度响应)；图6b是本发明优选实施例的微带巴仑的另一计算机仿真结果(相位响应)；图7是本发明优选实施例的微带巴仑的另一种正面图形示意图。
具体实施例方式图3至图5为根据本发明优选实施例的微带巴仑，该微带巴仑包括介质层302，位于介质层302上面(介质层正面)的由三条黑色微带线301组成的微带导体和位于介质层 302背面的接地面导体，其中接地面导体具有槽状结构304 (简称槽线)。图3为微带巴仑的整体示意图，为了清晰反映出本发明在介质层正面和背面上的特点，图中省略了介质层， 用点状面表示接地面导体。介质层由介质材料构成，例如晶体介质铝酸镧(LaAlO3)、氧化镁 (MgO)，环氧树脂等，厚度一般为0. 25mm 2mm。微带线301和接地面导体304可以为高温超导薄膜或金属导体。参照图4和图5，对微带巴仑的正面和背面图形分别进行详细说明。图4为图3所示微带巴仑的正面图形示意图。如图所示，在介质层302上具有1、 2、3号微带线，它们平行且沿水平方向等间距排列，2号微带线位于中心，1号微带线与2号微带线同向排列，3号微带线与1号微带线中心对称。当有微波信号从2号微带线端口输入时，等间距的排列可以使1号与3号微带线端口获得相等幅度的信号。其中，每根微带线可分为三段，例如1号微带线分为起始段11、中间段12和末段 13 ；2号微带线分为起始段21、中间段22和末段23。起始段11和21为输入/输出馈线， 用于输入或输出微波信号，对输入馈线的要求是使信号源阻抗与负载阻抗相同。中间段12、 22的长可初始设置为四分之一波长(本文中提到的“波长”均为巴仑工作频率的波长)，末段13、23为长为四分之一波长的开路微带线。如图所示，每两段之间通过梯形过渡连接在一起，过渡的梯形高度小于十分之一波长。其中输入/输出段(图4中21，11)的线宽要保证输入/输出段微带线的特性阻抗与信号源或负载阻抗相同，其它两段的线宽可根据工作带宽的要求而确定。本发明中的上述长度值为设计之初的长度，实际上经优化后可能会有所变化。这些对本领域普通技术人员来说均是熟知的。图5为图3所示微带巴仑的背面图形示意图。槽线304位于整个图形垂直方向的中心，且左右对称，槽线直线段部分的宽度小于1mm，槽线两端为扇形，扇形的半径为四分之一波长。扇形结构具有增大工作带宽的作用，扇形弧度的大小由工作带宽的要求而确定，一般为15 70度之间。从图3中还可以看出，槽线304直线段的末端位于正面的1号及3号微带线的正下方，这样可以使槽线与正面的微带线相互耦合作用最强。作为示意，以下是工作频率为1. IGHz微带巴仑的一个设计实例。经优化后的尺寸如下1号微带线起始段11长为1mm，宽为0. 18mm;中间段12长为18.8mm，宽为 0. 22mm ；末段 13 长为 17. 4mm,宽为 3. 6mm ；2号微带线起始段21长为1mm，宽为0. 18mm;中间段22长为17.4mm，宽为 0. 28mm ；末段 23 长为 17. 4mm,宽为 3. Imm ；3号微带线的尺寸与1号微带线的尺寸相同，且相邻两条微带线中心间距为17mm。背面槽线304的宽度为0. 3mm，扇形半径为15mm，弧度为27度。图6a、图6b是该巴仑的仿真结果，其中Sll为2号微带线输入端的反射损耗， 其工作带宽超过40% (Sll反射损耗小于-15dB的频率范围与中心频率之比)，相位差为 179. 8士0. 2度(2号微带线输入，1号微带线和3号微带线输出信号的相位差)，具有较宽的带宽。作为另一种实现方式，本发明巴仑正面图形中的三根微带线的末段四分之一波长开路微带线还可以是扇形，半径为四分之一波长(如图7所示)，扇形结构具有增大工作带宽的作用，弧度一般为15 70度之间。对于本领域普通技术人员可以理解的是，本发明中的巴仑设计工作是利用微波仿真软件(如HFSS)在计算机上实现的，具体操作和仿真按照其软件说明进行即可实现。另外，本发明中的超导巴仑按常用工艺制作，即按光刻、干法刻蚀、切割、组装等工艺步骤制作，属于本领域技术人员已知的技术。在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，本领域的技术人员还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。
权利要求
1.一种微带巴仑，包括微带导体、接地面导体和位于微带导体与接地面导体之间的中间介质层，其特征在于，所述微带导体由三根微带线组成，所述接地面导体具有槽状结构。
2.如权利要求1所述的微带巴仑，其特征在于，所述三根微带线平行且沿水平方向等间距排列。
3.如权利要求2所述的微带巴仑，其特征在于，所述三根微带线中处于中间的第二微带线位于整个巴仑图形水平方向的中心，处于其左右两侧的第一和第三微带线中心对称， 第二微带线与第一微带线方向同向。
4.如权利要求3所述的微带巴仑，其特征在于，所述三根微带线中的每一根微带线宽度相同。
5.如权利要求3所述的微带巴仑，其特征在于，所述三根微带线中的每一根微带线的宽度不同，且在长度上分为三段，包括起始段、中间段和末段。
6.如权利要求5所述的微带巴仑，其特征在于，所述三段具有三个不同宽度，两段之间通过梯形连接在一起。
7.如权利要求6所述的微带巴仑，其特征在于，所述中间段的长为四分之一波长，末段为四分之一波长开路微带线，梯形的高度小于十分之一波长，所述波长为微带巴仑工作频率的波长。
8.如权利要求5所述述的微带巴仑，其特征在于，所述起始段、中间段具有不同宽度， 且通过梯形连接在一起，中间段的长为四分之一波长，末段为扇形，其半径为四分之一波长，所述波长为微带巴仑工作频率的波长。
9.如权利要求1所述的微带巴仑，其特征在于，所述槽状结构位于整个巴仑图形的垂直方向的中心，且左右对称，槽状结构的直线段的末端位于第一和第三微带线的正下方。
10.如权利要求1所述的微带巴仑，其特征在于，所述槽状结构直线段的宽度小于1mm， 槽状结构的两端为扇形，扇形的半径为四分之一波长，所述波长为微带巴仑工作频率的波长。
全文摘要
本发明提供一种微带巴仑，包括微带导体、接地面导体和位于微带导体与接地面导体之间的中间介质层，其中所述微带导体由三根微带线组成，所述接地面导体具有槽状结构。该微带巴仑具有高达40％的工作带宽。
文档编号H01P5/10GK102509835SQ201110359420
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者何晓锋, 何豫生, 孙亮, 张强, 张雪强, 李国强, 李春光, 王佳, 王旭, 边勇波, 黎红 申请人:中国科学院物理研究所