[发明专利]传输线集成集总元件与传输线

说明书

本发明涉及传输线集成集总元件，该集总元件是通过将传输线内的部分背景介质替换为具有不同于传输线背景介质介电常数的亚波长介质条实现。当介质条的介电常数大于传输线内背景介质的介电常数时，该介质条表现为集总电容的特性；当介质条的介电常数小于传输线内背景介质的介电常数时，该介质条表现为集总电感的特性。该类集总元件适用的传输线类型包括金属波导、介质波导、同轴线、介质集成同轴线、带线、微带线等。相比于传统集总元件，本发明传输线集成集总元件更易于与多种不同类型的传输线进行集成设计，具有尺寸小、损耗低等优点，其设计理念从微波频段到光学频段均适用。基于该发明，可以构造具有不同功能和应用的集总电路、器件或设备。

技术领域

本发明属于电子元器件技术领域，特别涉及一种传输线集成集总元件与传输线。

背景技术

电容和电感元件被广泛应用于各种电路系统及电子设备中。当电容、电感元件的尺寸远小于电路工作频率对应的波长时，它们被统称为集总元件，其中集总电容一般是由两块平行放置的导体实现，集总电感一般是由螺旋形缠绕的线圈实现。集总元件具有尺寸小，元件值准确，易于与微带传输线集成等优点，此外对于集总电路理论的研究也已经颇为成熟，极大地简化了集总电路的设计难度。但是由于电路寄生参数的影响，集总元件一般只能工作在微波低频段，很难应用于高频电路的设计；同时，由于集总元件自身结构的限制，很难与波导、同轴等其他类型的传输线进行集成设计。在高频段，虽然人们可以使用分布元件来实现电容、电感特性，如利用交指型结构实现电容，利用传输线长度实现电感，但是相比于集总元件，分布元件的尺寸较大，与工作频率对应的波长可比拟，且同样存在难以与多种类型传输线进行集成的问题。因此，如何设计适用频率范围广、小尺寸、易集成的电容、电感元件是一个非常值得研究的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种传输线集成集总元件与传输线，通过在传输线内的背景介质中插入的具有不同介电常数和尺寸的亚波长尺寸介质条，实现等效集总电容、集总电感的特性，并给出元件值的解析计算公式，实现易集成、尺寸小、工作频率广的目的。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种传输线集成集总元件，为具有均匀介电常数的介质条，且所述介质条的介电常数与传输线内背景媒质的介电常数不同，所述介质条替换传输线内的部分背景媒质，呈现出集总电容或集总电感的特性。

相应地，本发明还提供了传输线，传输线内的部分背景媒质被具有均匀介电常数的介质条替代，所述介质条的介电常数与传输线内背景媒质的介电常数不同，从而呈现出集总电容或集总电感的特性。

在一个实施例中，沿电磁波传播方向，所述介质条横截面的形状与所述传输线内背景介质横截面的形状相同，所述介质条横截面的尺寸与所述传输线内背景介质横截面的尺寸相同。

在一个实施例中，沿电磁波传播方向，所述介质条的尺寸远远小于工作频率对应的波长，为亚波长尺度，具备集总元件的特征。

在一个实施例中，当介质条的介电常数大于传输线内背景介质的介电常数时，该介质条呈现出集总电容的特性；当介质条的介电常数小于传输线内背景介质的介电常数时，该介质条呈现出集总电感的特性。

在一个实施例中，所述介质条的等效集总电容值或等效集总电感值通过介质条介电常数与传输线内背景介质介电常数的差值以及介质条的宽度计算得到。

在一个实施例中，所述传输线的类型为金属波导、介质波导、同轴线、介质集成同轴线、带线或微带线；根据传输线类型的不同，介质条为长方体型或圆柱体型。

在一个实施例中，所述的替换方式为：将传输线内背景介质沿电磁波传播方向挖空一部分，然后置入相同形状和尺寸的介质条。

在一个实施例中，所述传输线工作在传播模式，所述传输线适用于从微波频段到光学频段之间的任意工作频率。