本發(fā)明涉及低耦合微波傳輸線技術(shù)，用于在集成系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)低耦合、無損的傳輸多路信號(hào)的微波傳輸線，屬于微波器件和新型人工電磁材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、隨著當(dāng)今信息技術(shù)的飛速發(fā)展，系統(tǒng)對(duì)于傳輸大容量信息的要求越來越高，這就需要在更小的系統(tǒng)空間中集成更多的信號(hào)傳輸通道。對(duì)于現(xiàn)在的微波系統(tǒng)中傳輸信號(hào)普遍使用的微帶線結(jié)構(gòu)，其場(chǎng)束縛能力較弱，當(dāng)系統(tǒng)向高集成度發(fā)展、空間越來越小時(shí)，相鄰的微帶線易發(fā)生串?dāng)_，從而導(dǎo)致信號(hào)失真，所以傳統(tǒng)的微帶線結(jié)構(gòu)不利于用在高集成度的微波系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。

2、為解決上述問題，學(xué)者們提出了可以模擬表面等離激元結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的人工表面等離激元結(jié)構(gòu)。表面等離激元是在光學(xué)頻段下存在于金屬和介質(zhì)交界處的表面電磁波模式，在垂直于界面方向上表面等離激元模式的傳播呈指數(shù)衰減，所以該模式具有強(qiáng)的場(chǎng)束縛性。而在微波或太赫茲頻段，由于金屬具有理想導(dǎo)體的特性，表面等離激元難以在金屬表面?zhèn)鞑?。針?duì)這一問題，學(xué)者們提出了在微波太赫茲波段用多種超材料結(jié)構(gòu)來模擬表面等離激元模式，在眾多人工表面等離激元超材料結(jié)構(gòu)中，超薄梳狀金屬條結(jié)構(gòu)由于可以與現(xiàn)代集成電路工藝兼容，成為此方向研究的一大熱點(diǎn)。人工表面等離激元傳輸線和傳統(tǒng)微帶線相比，具有低串?dāng)_、易共形等優(yōu)勢(shì)，因此可用于高集成度的微波太赫茲電路系統(tǒng)。然而，雖然一般的人工表面等離激元結(jié)構(gòu)相比微帶線可以大大減少線間串?dāng)_，但其傳輸電磁波模式與微帶線都是單模傳輸，空間占用仍有待降低，并且人工表面等離激元傳輸線和微帶線都存在隨傳輸線的長度增加，其線間耦合增加的問題，所以如何進(jìn)一步減少集成電路中多路信號(hào)傳輸?shù)拇當(dāng)_，并進(jìn)一步減少傳輸線的空間占用仍是一項(xiàng)有價(jià)值的研究問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、技術(shù)問題：為解決現(xiàn)有問題，本發(fā)明提供一種可重構(gòu)低耦合雙模傳輸線，可以以較低的耦合度傳輸雙模電磁波，并且具有可重構(gòu)特點(diǎn)。相比于傳統(tǒng)微帶線和人工表面等離激元傳輸線具有低耦合、高集成度、靈活可控的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際中具有很高的應(yīng)用前景。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明提出了一種可重構(gòu)低耦合雙模傳輸線，該傳輸線主體由多個(gè)串聯(lián)的可重構(gòu)低耦合雙模傳輸線單元構(gòu)成，各傳輸線單元之間呈直線排列，位于傳輸線整體結(jié)構(gòu)的中間位置，其中每個(gè)傳輸線單元包括五層結(jié)構(gòu)，即三層金屬層和兩層介質(zhì)層，層間排列順序?yàn)轫敳拷饘賹訂卧?、第一介質(zhì)層、中間金屬層單元、第二介質(zhì)層、底部金屬層單元；頂部金屬層單元和底部金屬層單元分別通過金屬通孔與中間金屬層單元連接；傳輸線整體的層狀結(jié)構(gòu)與傳輸線單元一樣由三層金屬層和兩層介質(zhì)層組成，其中，頂部金屬層包括多個(gè)頂部金屬層單元串聯(lián)，兩端設(shè)有上饋電結(jié)構(gòu)和上偏置電路結(jié)構(gòu)；中間金屬層包括所述的多個(gè)中間金屬層單元串聯(lián)，兩端設(shè)有圓孔結(jié)構(gòu)；底部金屬層包括所述的多個(gè)底部金屬層單元串聯(lián)，兩端設(shè)有下饋電結(jié)構(gòu)和下偏置電路結(jié)構(gòu)；為了激勵(lì)兩種模式的電磁波，設(shè)有兩個(gè)獨(dú)立的輸入端口和兩個(gè)獨(dú)立的輸出端口，其中第一輸入端口和第一輸出端口通過50ω微帶線與頂部金屬層單元上的上饋電結(jié)構(gòu)連接，用于激勵(lì)偶模電磁波；第二輸入端口和第二輸出端口放在底部金屬層上與下饋電結(jié)構(gòu)連接，通過中間金屬層單元中開槽結(jié)構(gòu)的過渡來激勵(lì)奇模電磁波的傳輸。

3、所述傳輸線單元中的頂部金屬層單元包括一條微帶線結(jié)構(gòu)、位于微帶線結(jié)構(gòu)兩側(cè)對(duì)稱并聯(lián)的第一頂部金屬貼片、第二頂部金屬貼片、第三頂部金屬貼片、第四頂部金屬貼片，在第一頂部金屬貼片、第二頂部金屬貼片之間連接有第一變?nèi)荻O管，在第三頂部金屬貼片、第四頂部金屬貼片之間連接有第二變?nèi)荻O管。

4、所述傳輸線單元中的中間金屬層單元為金屬地，在中間金屬層單元的正中間沿信號(hào)傳輸方向設(shè)有一開槽結(jié)構(gòu)。

5、所述傳輸線單元中的底部金屬層單元設(shè)有第一底部金屬貼片、第二底部金屬貼片、第三底部金屬貼片，該三塊底部金屬貼片呈“u形”排列，并在第一底部金屬貼片、第二底部金屬貼片之間連接第一pin二極管，在第二底部金屬貼片、第三底部金屬貼片之間連接第二pin二極管。

6、所述頂部金屬層單元的第一頂部金屬貼片與底部金屬層單元的第一底部金屬貼片通過金屬通孔與中間金屬層單元連接；頂部金屬層單元的第四頂部金屬貼片與底部金屬層單元的第三底部金屬貼片通過金屬通孔與中間金屬層單元連接。

7、所述傳輸線中，多個(gè)串聯(lián)的可重構(gòu)低耦合雙模傳輸線單元中的微帶線結(jié)構(gòu)串聯(lián)連接。

8、所述第二頂部金屬貼片、第三頂部金屬貼片呈“之”字形狀，分別與微帶線結(jié)構(gòu)連接。

9、通過控制頂部金屬層單元中第一變?nèi)荻O管、第二變?nèi)荻O管的偏壓以及底部金屬層單元中第一pin二極管、第二pin二極管的通斷，使傳輸線的傳輸模式在雙模、奇模、偶模和截止?fàn)顟B(tài)中切換。

10、當(dāng)傳輸線工作在雙模傳輸模式時(shí)，傳輸獨(dú)立的兩路信號(hào)，且傳輸線單元越多，即傳輸線越長，兩路信號(hào)的隔離度越高。

11、.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)低耦合雙模傳輸線，其特征在于所述的第一介質(zhì)層、第二介質(zhì)層的材料為rogers?ro4003基板。

12、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)：

13、1.本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)電磁波的雙模傳輸，有效提高了信息傳輸容量。

14、2.本發(fā)明可以通過二極管靈活調(diào)控傳輸?shù)碾姶挪ǎ哂锌芍貥?gòu)功能。

15、3.本發(fā)明在傳輸多路信號(hào)時(shí)相比傳統(tǒng)的單模傳輸線可以占用更少的空間。

16、4.本發(fā)明傳輸?shù)碾p模信號(hào)具有較低的耦合度，且隨傳輸線長度增加，耦合度可以進(jìn)一步降低。

技術(shù)特征：

1.一種可重構(gòu)低耦合雙模傳輸線，其特征在于，該傳輸線主體由多個(gè)串聯(lián)的可重構(gòu)低耦合雙模傳輸線單元構(gòu)成，各傳輸線單元之間呈直線排列，位于傳輸線整體結(jié)構(gòu)的中間位置，其中每個(gè)傳輸線單元包括五層結(jié)構(gòu)，即三層金屬層和兩層介質(zhì)層，層間排列順序?yàn)轫敳拷饘賹訂卧?1)、第一介質(zhì)層(4)、中間金屬層單元(2)、第二介質(zhì)層(5)、底部金屬層單元(3)；頂部金屬層單元(1)和底部金屬層單元(3)分別通過金屬通孔(6)與中間金屬層單元(2)連接；傳輸線整體的層狀結(jié)構(gòu)與傳輸線單元一樣由三層金屬層和兩層介質(zhì)層組成，其中，頂部金屬層包括多個(gè)頂部金屬層單元(1)串聯(lián)，兩端設(shè)有上饋電結(jié)構(gòu)(11)和上偏置電路結(jié)構(gòu)(12)；中間金屬層包括所述的多個(gè)中間金屬層單元(2)串聯(lián)，兩端設(shè)有圓孔結(jié)構(gòu)(21)；底部金屬層包括所述的多個(gè)底部金屬層單元(3)串聯(lián)，兩端設(shè)有下饋電結(jié)構(gòu)(31)和下偏置電路結(jié)構(gòu)(32)；為了激勵(lì)兩種模式的電磁波，設(shè)有兩個(gè)獨(dú)立的輸入端口和兩個(gè)獨(dú)立的輸出端口，其中第一輸入端口(1.8)和第一輸出端口(1.9)通過50ω微帶線與頂部金屬層單元(1)上的上饋電結(jié)構(gòu)(11)連接，用于激勵(lì)偶模電磁波；第二輸入端口(3.6)和第二輸出端口(3.7)放在底部金屬層(3)上與下饋電結(jié)構(gòu)(31)連接，通過中間金屬層單元(2)中開槽結(jié)構(gòu)(2.1)的過渡來激勵(lì)奇模電磁波的傳輸。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)低耦合雙模傳輸線，其特征在于所述傳輸線單元中的頂部金屬層單元(1)包括一條微帶線結(jié)構(gòu)(1.1)、位于微帶線結(jié)構(gòu)(1.1)兩側(cè)對(duì)稱并聯(lián)的第一頂部金屬貼片(1.2)、第二頂部金屬貼片(1.3)、第三頂部金屬貼片(1.4)、第四頂部金屬貼片(1.5)，在第一頂部金屬貼片(1.2)、第二頂部金屬貼片(1.3)之間連接有第一變?nèi)荻O管(1.6)，在第三頂部金屬貼片(1.4)、第四頂部金屬貼片(1.5)之間連接有第二變?nèi)荻O管(1.7)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)低耦合雙模傳輸線，其特征在于所述傳輸線單元中的中間金屬層單元(2)為金屬地，在中間金屬層單元(2)的正中間沿信號(hào)傳輸方向設(shè)有一開槽結(jié)構(gòu)(2.1)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)低耦合雙模傳輸線，其特征在于所述傳輸線單元中的底部金屬層單元(3)設(shè)有第一底部金屬貼片(3.1)、第二底部金屬貼片(3.2)、第三底部金屬貼片(3.3)，該三塊底部金屬貼片呈“u形”排列，并在第一底部金屬貼片(3.1)、第二底部金屬貼片(3.2)之間連接第一pin二極管(3.4)，在第二底部金屬貼片(3.2)、第三底部金屬貼片(3.3)之間連接第二pin二極管(3.5)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)低耦合雙模傳輸線，其特征在于所述頂部金屬層單元(1)的第一頂部金屬貼片(1.2)與底部金屬層單元(3)的第一底部金屬貼片(3.1)通過金屬通孔(6)與中間金屬層單元(2)連接；頂部金屬層單元(1)的第四頂部金屬貼片(1.5)與底部金屬層單元(3)的第三底部金屬貼片(3.3)通過金屬通孔(6)與中間金屬層單元(2)連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)低耦合雙模傳輸線，其特征在于所述傳輸線中，多個(gè)串聯(lián)的可重構(gòu)低耦合雙模傳輸線單元中的微帶線結(jié)構(gòu)(1.1)串聯(lián)連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)低耦合雙模傳輸線，其特征在于所述第二頂部金屬貼片(1.3)、第三頂部金屬貼片(1.4)呈“之”字形狀，分別與微帶線結(jié)構(gòu)(1.1)連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)低耦合雙模傳輸線，其特征在于通過控制頂部金屬層單元(1)中第一變?nèi)荻O管(1.6)、第二變?nèi)荻O管(1.7)的偏壓以及底部金屬層單元(3)中第一pin二極管(3.4)、第二pin二極管(3.5)的通斷，使傳輸線的傳輸模式在雙模、奇模、偶模和截止?fàn)顟B(tài)中切換。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)低耦合雙模傳輸線，其特征在于當(dāng)傳輸線工作在雙模傳輸模式時(shí)，傳輸獨(dú)立的兩路信號(hào)，且傳輸線單元越多，即傳輸線越長，兩路信號(hào)的隔離度越高。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)低耦合雙模傳輸線，其特征在于所述的第一介質(zhì)層(4)、第二介質(zhì)層(5)的材料為rogers?ro4003基板。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種可重構(gòu)低耦合雙模傳輸線，該傳輸線可以支持正交雙模電磁波的傳輸，并通過將二極管集成到傳輸線結(jié)構(gòu)中，使得傳輸線具有可重構(gòu)的功能。該傳輸線有三個(gè)金屬層，金屬層之間填充介質(zhì)，金屬層通過導(dǎo)電通孔相連，在金屬層上焊接有二極管，通過控制二極管的偏壓，可以使傳輸線的傳輸模式在雙模、奇模、偶模和截止?fàn)顟B(tài)間切換，從而可以自由調(diào)控電磁波傳輸特性。由于傳輸?shù)碾p模電磁波相互正交，本發(fā)明提出的傳輸線傳輸多路信號(hào)可以具有更低的串?dāng)_，并且本傳輸線可以隨傳輸距離增加而耦合度降低，具有多模傳輸、可重構(gòu)、低耦合以及高集成度的優(yōu)勢(shì)，可以為高集成度、多功能系統(tǒng)提供一種信號(hào)傳輸方案。

技術(shù)研發(fā)人員：張浩馳,何沛航,姚大悅,常鑫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26