YU Zhengyong;XU Tong;TANG Wanchun
【摘 要】T型接头被广泛应用干低温共烧陶瓷Low Temperature Co-fired Ceramic(LTCC)集成电路系统中,其不连续性结构会引入传输损耗,传统的分析方法没有考虑这部分损耗,导致电路分析结果不够准确.针对这个问题,提出了一种新颖的非对称带状传输线T型接头等效电路分析方法.将已获得的微带开路线不连续性等效电路模型及理论移植到非对称带状传输线中,获得了T型接头的等效电路模型,运用传输线基本理论推导出了T型接头的散射参数计算公式,经实例验证,运用等效电路分析法和IE3D软件仿真所得的散射参数吻合良好,且平均误差小干3％.
【期刊名称】《无线电工程》
【年(卷),期】2019(049)003
【总页数】4页(P234-237)
【关键词】非对称;带状传输线;T型接头;不连续性;等效电路
【作 者】YU Zhengyong;XU Tong;TANG Wanchun
【作者单位】;;
【正文语种】中 文
【中图分类】rbd-573TN454
0 引言
带状传输线被广泛应用于LTCC微波集成电路系统中[1-3]，为增加电路设计的自由度，常常将带状传输线内导体带进行偏置处理，形成非对称带状传输线[4-5]。T型接头作为基本的电路组件，可以与开路线、拐角和阶梯跳变等其他不连续性电路组件互连形成较为复杂的电路器件，如滤波器、耦合器以及功分器等，也可以形成复杂的微波集成电路，其应用较为广泛[6-8]，因此分析和提取非对称带状传输线T型接头的等效电路模型十分必要。由于T型接头属于不连续性结构，由此会引入不连续性传输损耗，在电路分析过程中应加以考虑。
文献[9]基于带状线的物理结构和传输线模型给出了单片和双片悬置带状线T型接头等效电路，文献[10]基于导纳矩阵提出了三端口T型接头等效电路参数提取方法，也可以通过仿真软件分析T型接头特性[11]，上述方法虽然解决了T型接头等效电路分析问题，但并未提出一个通用、基础的等效电路模型，因此不能在基础上构建出拐角、阶梯跳变等其他不连续性电路组件等效电路。
Tang等人在文献[12]中提出了微带线不连续性等效电路模型及理论，由微带开路线通用模型得到了其他多种不连续性结构的等效电路，本文借鉴这个思路，将其移植到非对称带状传输线中，通过将非对称带状传输线T型接头作为3个非对称带状开路线的互连，提出了非对称带状传输线T型接头的等效电路模型，推导了其散射参数的计算方法，并结合实际算例进行了验证和分析。运用本文方法和IE3D软件仿真2种方法计算出的非对称带状传输线T型接头的散射参数一致性较好，且平均误差小于3%。
1 T型接头等效电路模型及理论
非对称带状传输线T型接头结构如图1所示。W1，W2，W3分别为T型接头3个分支传输线的线宽，Δzp表示T型接头3个分支传输线的长度，T1，T2，T3分别为3个分支的不连续性
区域边界，Δz为不连续部分线长，且取定Δz=2 min(h1，h2)，b是非对称带状传输线上下接地板的间距，h1，h2分别表示内导体带到上、下接地板的距离，er为填充介质的介电常数，这里仅考虑在准TEM模式下，非对称带状传输线的内导体带厚度假定很薄，可忽略不计。
图1 非对称带状传输线T型接头结构
将文献[12]中微带开路线不连续性等效电路模型及理论移植到非对称带状传输线中，并将非对称带状传输线T型接头等效为3个开路线的互连，得到了其等效电路模型，如图2所示。
图2 非对称带状传输线T型接头等效电路模型
由文献[12]很容易得到图2中的阻抗计算公式：
Z13=jωL3/2，
(1)u交
www.44base
(2)
(3)
Z22=jωL2/2，
合规管理系统(4)
(5)
(6)
Z21=jωL1/2，
(7)
(8)
(9)
式(1)～(9)中的电容、电感、互感以及互电容等元素可以依据文献[12]进行计算获得。
接下来，基于获得的等效电路模型详细推导非对称带状传输线T型接头的散射参数S：
① 由阻抗矩阵的定义[13]，可以得到如图2所示的非对称带状传输线T型接头的阻抗矩阵如下：
(10)
(11)
(12)
捕鱼网具
大理石晶面机z11=Z21+Z31·(Z11+a)/(Z31+Z11+a)，
(13)
z22=Z22+Z32·(Z12+a)/(Z32+Z12+b)，
(14)
z33=Z13+Z33·(Z23+c)/(Z33+Z23+c)，
(15)
z21=Z31·Z32·a/(Z12+Z32)/(Z11+Z31+a)，
(16)
z31=Z31·Z33·a/(Z23+Z33)/(Z11+Z31+a)，
(17)
z12=Z31·Z32·b/(Z11+Z31)/(Z12+Z32+b)，
(18)
z32=Z32·Z33·b/(Z23+Z33)/(Z12+Z32+b)，
(19)
z13=Z31·Z33·c/(Z11+Z31)/(Z23+Z33+c)，
(20)
z23=Z33·Z33·c/(Z12+Z32)/(Z23+Z33+c)，
(21)
即阻抗矩阵可以表示如下：
(22)
② 由上述的阻抗矩阵[Z]可以推导出非对称带状传输线T型接头对应的散射矩阵[S][14]：
(23)
式中，
上述公式中Z0i(i=1，2，3)表示T型接头第i端口传输线的特性阻抗。需要注意的是，为了能仿真电路中的欧姆损耗，在运用IE3D软件仿真时，假定每一测量端口的负载均为50 W，因此每一端口的特性阻抗Z0i均为50 W。
③ 如果从不连续性区域边界参考面T1，T2，T3外移Δli，可以获得新的散射矩阵[S′]与原散射矩阵[S]矩阵的对应关系为：
[S′]=[P]·[S]·[P]，
(24)
式中，
至此，可以顺利地计算出图1所示的非对称带状传输线T型接头的散射参数。
2 算例验证与分析
为了验证本文提出的等效电路分析方法的正确性，给出了一个非对称带状传输线T型接头算例，其基本参数：er=6.8，b=200 μm，W1=50 μm，W2=W3=5 μm，Δzp=300 μm。图3给出了h1/b=0.1和h1/b=0.3两种情况下，运用本文方法和IE3D软件仿真2种方法计算所得的非对称带状传输线T型接头散射参数的对比曲线，h1/b在其他取值情况下本文方法同样适用。
