一种差分同轴线转换共面微带波导传输线的转换结构的制作方法

1.本实用新型涉及微波传输线技术领域，特别是涉及一种差分同轴线转换共面微带波导传输线的转换结构。


背景技术：

2.随着新型材料技术和微波集成电路的发展，微波集成电路能够将微波元件和无源电路紧凑地集成在一块基片上，实现复杂化、大型化、多功能化的微波系统。其中，传输线是用于微波集成电路中无源器件和有源器件相连的最基本的微波结构。
3.但是，随着微波集成电路的进一步发展，现有的传输线如微带线、金属波导传输线和同轴线已经不能满足现有微波集成电路的设计要求。因此，基片集成同轴线(substrate integrated coaxial line，sicl)技术应运而生。与现有的传输线相比，sicl能够在保持相同性能的同时明显减小集成尺寸，并且和平面电路的兼容能力更高，从而具有带宽宽、损耗小、尺寸小、成本低等优点。
4.而在5g毫米波电路或者其他毫米电路中，射频芯片的输出信号端口往往是以差分端口存在。因此需要通过巴伦将差分端口转为单端口进行传输，或采用差分微波的传输线进行传输。而通过巴伦将双端口转变为单端口会使微波射频系统的插损变大，使整个系统的等效全向辐射功率(equivalent isotropically radiated power，eirp)等关键指标下降。并且，由于在5g毫米波电路中工艺精度和天线馈电接口的限制，需要将差分信号转化成共面微带波导(coplanar waveguide，cpw)。因此，急需一种用于差分集成同轴线双端口的低插损转换结构。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种差分同轴线转换共面微带波导传输线的转换结构，降低由差分双端口转换成单端口时的插损。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
7.一种差分同轴线转换共面微带波导传输线的转换结构，包括基体、差分同轴左臂、差分同轴右臂、同轴带状线和带状线转换线；
8.所述差分同轴左臂、差分同轴右臂、同轴带状线和带状线转换线均设置在所述基体内；
9.所述差分同轴左臂和差分同轴右臂均为“l”型，均包括第一竖直部和第一横向部，所述第一竖直部的一端与所述第一横向部的一端连接；
10.所述差分同轴左臂的第一竖直部和所述差分同轴右臂的第一竖直部平行设置并且具有间隙，使得两臂呈“t”型分布；
11.所述差分同轴左臂的第一竖直部的另一端和所述差分同轴右臂的第一竖直部的另一端均设置于所述基体的一侧；
12.所述差分同轴左臂的第一横向部的另一端和所述差分同轴右臂的第一横向部的
另一端分别接地；
13.所述同轴带状线的一端分别与所述差分同轴左臂的第一横向部和所述差分同轴右臂的第一横向部平行并且具有间隙；
14.所述同轴带状线的另一端与所述带状线转换线的一端连接；
15.所述带状线转换线的另一端用于与共面微带波导传输线连接。
16.进一步地，所述差分同轴左臂的第一横向部的长度为天线中心频率对应波长的四分之一；
17.所述差分同轴右臂的第一横向部的长度为天线中心频率对应波长的四分之一。
18.进一步地，所述同轴带状线包括第二竖直部、第三竖直部和第二横向部；
19.所述第二竖直部分别与所述差分同轴左臂的第一横向部和差分同轴右臂的第一横向部平行；
20.所述第二竖直部的一端与所述第二横向部的一端连接；
21.所述第二横向部的另一端与所述第三竖直部的一端连接；
22.所述第三竖直部的另一端与所述带状线转换线的所述一端连接。
23.进一步地，所述同轴带状线的第二竖直部的长度为天线中心频率对应波长的二分之一。
24.进一步地，还包括金属柱；
25.所述金属柱围绕所述差分同轴左臂、差分同轴右臂、同轴带状线和带状线转换线设置；
26.所述金属柱贯穿所述基体。
27.进一步地，位于所述差分同轴左臂的第一竖直部远离所述差分同轴右臂的第一竖直部一侧的所述金属柱与位于所述差分同轴右臂的第一竖直部远离所述差分同轴左臂的第一竖直部一侧的金属柱一一对应设置。
28.进一步地，所述一一对应的金属柱之间的距离与所述差分同轴左臂的第一竖直部远离所述差分同轴右臂的第一竖直部的一侧到所述差分同轴右臂的第一竖直部远离所述差分同轴左臂的第一竖直部的一侧的距离之比小于预设值。
29.进一步地，相邻的两个所述金属柱之间的距离小于两个所述金属柱直径长度之和。
30.本实用新型的有益效果在于：通过将差分同轴左臂的第一竖直部和差分同轴右臂的第一竖直部平行设置并且具有间隙，两臂呈“t”型分布，使得差分同轴左臂的第一竖直部和差分同轴右臂的第一竖直部之间产生电容效应，并且同轴带状线的一端分别与差分同轴左臂的第一横向部和差分同轴右臂的第一横向部平行并且具有间隙，使得同轴带状线的一端段分别与差分同轴左臂的第一横向部和差分同轴右臂的第一横向部产生电容效应，从而通过差分同轴左臂、差分同轴右臂和同轴带状线三者之间产生的电容效应对传输线的阻抗进行调节，并通过带状线转换线将单端信号传输至共面波导，实现差分双端口输入到单端口输出转化的同时降低了转换结构的插损。
附图说明
31.图1为本实用新型实施例的一种差分同轴线转换共面微带波导传输线的转换结构
的外部结构示意图；
32.图2为本实用新型实施例的一种差分同轴线转换共面微带波导传输线的转换结构的内部结构示意图；
33.图3为本实用新型实施例的一种差分同轴线转换共面微带波导传输线的转换结构的另一内部结构示意图；
34.图4为本实用新型实施例的一种差分同轴线转换共面微带波导传输线的转换结构的另一内部结构示意图；
35.图5为本实用新型实施例的一种差分同轴线转换共面微带波导传输线的转换结构的传输线长度示意图；
36.图6为本实用新型实施例的一种差分同轴线转换共面微带波导传输线的s参数结果图；
37.标号说明：
38.1、基体；2、差分同轴左臂；21、差分同轴左臂的第一竖直部；22、差分同轴左臂的第一横向部；3、差分同轴右臂；31、差分同轴左臂的第一竖直部；32、差分同轴左臂的第一横向部；4、同轴带状线；41、同轴带状线的第二竖直部；42、同轴带状线的第二横向部；43、同轴带状线的第三竖直部；5、带状线转换线；6、共面微带波导传输线；7、金属柱。
具体实施方式
39.为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
40.请参照图1，一种差分同轴线转换共面微带波导传输线的转换结构，包括基体、差分同轴左臂、差分同轴右臂、同轴带状线和带状线转换线；
41.所述差分同轴左臂、差分同轴右臂、同轴带状线和带状线转换线均设置在所述基体内；
42.所述差分同轴左臂和差分同轴右臂均为“l”型，均包括第一竖直部和第一横向部，所述第一竖直部的一端与所述第一横向部的一端连接；
43.所述差分同轴左臂的第一竖直部和所述差分同轴右臂的第一竖直部平行设置并且具有间隙，使得两臂呈“t”型分布；
44.所述差分同轴左臂的第一竖直部的另一端和所述差分同轴右臂的第一竖直部的另一端均设置于所述基体的一侧；
45.所述差分同轴左臂的第一横向部的另一端和所述差分同轴右臂的第一横向部的另一端分别接地；
46.所述同轴带状线的一端分别与所述差分同轴左臂的第一横向部和所述差分同轴右臂的第一横向部平行并且具有间隙；
47.所述同轴带状线的另一端与所述带状线转换线的一端连接；
48.所述带状线转换线的另一端用于与共面微带波导传输线连接。
49.从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：通过将差分同轴左臂的第一竖直部和差分同轴右臂的第一竖直部平行设置并且具有间隙，两臂呈“t”型分布，使得差分同轴左臂的第一竖直部和差分同轴右臂的第一竖直部之间产生电容效应，并且同轴带状线的一
端分别与差分同轴左臂的第一横向部和差分同轴右臂的第一横向部平行并且具有间隙，使得同轴带状线的一端段分别与差分同轴左臂的第一横向部和差分同轴右臂的第一横向部产生电容效应，从而通过差分同轴左臂、差分同轴右臂和同轴带状线三者之间产生的电容效应对传输线的阻抗进行调节，并通过带状线转换线将单端信号传输至共面波导，实现差分双端口输入到单端口输出转化的同时降低了转换结构的插损。
50.进一步地，所述差分同轴左臂的第一横向部的长度为天线中心频率对应波长的四分之一；
51.所述差分同轴右臂的第一横向部的长度为天线中心频率对应波长的四分之一。
52.由上述描述可知，通过将差分同轴左臂的第一横向部的长度为天线中心频率对应波长的四分之一，差分同轴右臂的第一横向部的长度为天线中心频率对应波长的四分之一，使得差分同轴左臂和差分同轴右臂能够输出幅值相同、相位相差180
°
的差分信号。
53.进一步地，所述同轴带状线包括第二竖直部、第三竖直部和第二横向部；
54.所述第二竖直部分别与所述差分同轴左臂的第一横向部和差分同轴右臂的第一横向部平行；
55.所述第二竖直部的一端与所述第二横向部的一端连接；
56.所述第二横向部的另一端与所述第三竖直部的一端连接；
57.所述第三竖直部的另一端与所述带状线转换线的所述一端连接。
58.由上述描述可知，通过将同轴带状线的第二横向部与差分同轴左臂的第一横向部和差分同轴右臂的第一横向部平行，第三竖直部的另一端与带状线转换线的一端连接，从而能够将双端差分信号输出转化成单端信号输出至共面波导。
59.进一步地，所述同轴带状线的第二竖直部的长度为天线中心频率对应波长的二分之一。
60.由上述描述可知，通过将同轴带状线的第二竖直部的长度为天线中心频率对应波长的二分之一，使得同轴带状线的第二竖直部的长度与差分同轴左臂的输出臂和差分同轴右臂的输出臂的长度之和相等，从而降低了将双端差分信号传输至单端信号时的损耗。
61.进一步地，还包括金属柱；
62.所述金属柱围绕所述差分同轴左臂、差分同轴右臂、同轴带状线和带状线转换线设置；
63.所述金属柱贯穿所述基体。
64.由上述描述可知，通过将金属柱围绕所述差分同轴左臂、差分同轴右臂、同轴带状线和带状线转换线设置，从而将外界的信号屏蔽，提高内部信号传递的稳定性和可靠性。
65.进一步地，位于所述差分同轴左臂的第一竖直部远离所述差分同轴右臂的第一竖直部一侧的所述金属柱与位于所述差分同轴右臂的第一竖直部远离所述差分同轴左臂的第一竖直部一侧的金属柱一一对应设置。
66.由上述描述可知，通过将差分同轴左臂的第一竖直部和差分同轴右臂的第一竖直部两侧的金属柱一一对应设置，使得差分同轴左臂和差分同轴右臂结构对称，更有利于信号传输。
67.进一步地，所述一一对应的金属柱之间的距离与所述差分同轴左臂的第一竖直部远离所述差分同轴右臂的第一竖直部的一侧到所述差分同轴右臂的第一竖直部远离所述
差分同轴左臂的第一竖直部的一侧的距离之比小于预设值。
68.由上述描述可知，通过将一一对应的金属柱之间的距离与差分同轴左臂的第一竖直部远离差分同轴右臂的第一竖直部的一侧到差分同轴右臂的第一竖直部远离差分同轴左臂的第一竖直部的一侧的距离之比设置为小于预设值，使得在预设值的有效范围内，金属柱能有效的屏蔽外界信号对内部传递的信号起到保护作用。
69.进一步地，相邻的两个所述金属柱之间的距离小于两个所述金属柱直径长度之和。
70.由上述描述可知，通过将相邻的两个金属柱之间的距离小于两个金属柱直径长度之和，从而使得传输线外围的金属柱能更有效的将外界的干扰信号进行屏蔽，进一步提升内部信号传递的稳定性和可靠性。
71.本实用新型上述差分同轴线转换共面微带波导传输线的转换结构适用于5g毫米波通信系统的毫米波电路器件互连的应用场景，比如芯片端单端口到天线端双端口的转化或天线端单端口到芯片端双端口的转化，以下通过具体实施方式进行说明：
72.实施例一
73.请参照图1至图3，一种差分同轴线转换共面微带波导传输线的转换结构，包括基体1、差分同轴左臂2、差分同轴右臂3、同轴带状线4、带状线转换线5、共面微带波导传输线6和包括金属柱7；
74.所述差分同轴左臂2、差分同轴右臂3、同轴带状线4和带状线转换线5均设置在所述基体1内；所述基体1包括三层介质板，第一层为所述共面微带波导传输线6，第二层与第三层均为导体且作为该转换结构的接地端，并通过所述金属柱7将第二层与第三层连接；
75.所述差分同轴左臂2和差分同轴右臂3均为“l”型，均包括第一竖直部和第一横向部，所述第一竖直部的一端与所述第一横向部的一端连接；所述差分同轴左臂2和差分同轴右臂3均为一体成型；
76.所述差分同轴左臂2的第一竖直部21和所述差分同轴右臂3的第一竖直部31平行设置并且具有间隙，使得两臂呈“t”型分布，构成marchand巴伦；通过调节所述差分同轴左臂2的第一竖直部21和所述差分同轴右臂3的第一竖直部31之间的距离来调节间隙的宽度，从而改变差分传输线之间的电容大小实现传输线的阻抗调节；具体的，所述差分同轴左臂2的第一竖直部21和所述差分同轴右臂3的第一竖直部31平行且长度相等，所述差分同轴左臂2的第一横向部22和所述差分同轴右臂3的第一横向部32互相朝第一竖直部的外侧远离且长度相等；
77.所述差分同轴左臂2的第一竖直部21的另一端和所述差分同轴右臂3的第一竖直部31的另一端均设置于所述基体1的一侧，作为信号输入端与双端口输入端连接；
78.所述差分同轴左臂2的第一横向部22的另一端和所述差分同轴右臂3的第一横向部32的另一端分别接地；
79.所述同轴带状线4的一端分别与所述差分同轴左臂2的第一横向部22和所述差分同轴右臂3的第一横向部32平行并且具有间隙；
80.具体的，所述同轴带状线4包括第二竖直部41、第三竖直部42和第二横向部43；所述第二竖直部41与所述差分同轴左臂2的第一横向部22和差分同轴右臂3的第一横向部32平行；所述第二竖直部41的一端与所述第二横向部43的一端连接；所述第二横向部43的另
一端与所述第三竖直部42的一端连接；所述第三竖直部42的另一端与所述带状线转换线5的所述一端连接；所述第三竖直部42的另一端通过第三横向部与所述带状线转换线5的所述一端连接；所述同轴带状线4的第二竖直部41、第三竖直部42、第二横向部43和第三横向部为一体成型；并且通过调节所述同轴带状线4与所述差分同轴左臂2的第一横向部22和所述差分同轴右臂3的第一横向部32之间的距离，调节间隙的宽度，从而改变差分传输线之间的电容大小调节传输线的阻抗；
81.所述同轴带状线4的另一端与所述带状线转换线5的一端连接；
82.所述带状线转换线5的另一端用于与共面微带波导传输线6连接；
83.所述金属柱7围绕所述差分同轴左臂2、差分同轴右臂3、同轴带状线4和带状线转换线5设置；
84.所述金属柱7贯穿所述基体1；具体的，所述金属柱7贯穿所述基体的第二层与第三层，且靠近所述共面微带波导传输线6一侧的金属柱7贯穿所述基体1的第一层、第二层和第三层。
85.实施例二
86.本实施例与实施例一的不同在于，本实施具体限定了金属柱的排布方式；
87.请参照图3，位于所述差分同轴左臂2的第一竖直部21远离所述差分同轴右臂3的第一竖直部31一侧的所述金属柱7与位于所述差分同轴右臂3的第一竖直部31远离所述差分同轴左臂2的第一竖直部21一侧的金属柱7一一对应；
88.请参照图4，第一距离关系为：所述一一对应的金属柱7之间的距离与所述差分同轴左臂2的第一竖直部21远离所述差分同轴右臂3的第一竖直部31的一侧到所述差分同轴右臂3的第一竖直部31远离所述差分同轴左臂2的第一竖直部21的一侧的距离之比小于预设值；设所述一一对应的金属柱7之间的距离为a，所述差分同轴左臂2的第一竖直部21远离所述差分同轴右臂3的第一竖直部31的一侧到所述差分同轴右臂3的第一竖直部31远离所述差分同轴左臂2的第一竖直部21的一侧的距离为b，预设值3为则：a/b≤3；
89.第二距离关系为：相邻的两个所述金属柱7之间的距离小于两个所述金属柱7直径长度之和；设所述金属柱7的半经为r，金属柱之间的距离为d，则d<4*r。
90.实施例三
91.本实施例与实施例一或实施例二的不同在于，本实施例具体限制了传输线的长度；
92.请参照图5，所述差分同轴左臂2的第一横向部22的长度为天线中心频率对应波长的四分之一；所述差分同轴右臂3的第一横向部32的长度为天线中心频率对应波长的四分之一；所述同轴带状线4的第二竖直部41的长度为天线中心频率对应波长的二分之一；
93.请参照图6，从s11可以看出转换结构在20
‑
55ghz都匹配，有较宽的工作频率s21可以看出转换结构具有低插损，且带宽范围大。
94.综上所述，本实用新型提供的一种差分同轴线转换共面微带波导传输线的转换结构，通过将差分同轴左臂的第一竖直部和差分同轴右臂的第一竖直部平行设置并且具有间隙，两臂呈“t”型分布，使得差分同轴左臂的第一竖直部和差分同轴右臂的第一竖直部之间产生电容效应，并且同轴带状线的一端分别与差分同轴左臂的第一横向部和差分同轴右臂的第一横向部平行并且具有间隙，使得同轴带状线的一端段分别与差分同轴左臂的第一横
向部和差分同轴右臂的第一横向部产生电容效应，并且，第一横向部的长度等于天线中心频率波长的1/4，同轴带状线的第二竖直部的长度等于天线中心频率波长的1/2，从而通过差分同轴左臂、差分同轴右臂和同轴带状线三者之间产生的电容效应对传输线的阻抗进行调节，并通过带状线转换线将单端信号传输至共面波导，实现差分双端口输入到单端口输出高效转化的同时降低了转换结构的插损，具有大带宽、损耗小、尺寸小和成本低等优点。
95.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。