一种用于旋转行波振荡器的传输线模块及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种用于旋转行波振荡器的传输线模块及其设计方法，所述传输线模块包括衬底（1），所述衬底（1）的上表面设置有接地金属层，即金属地（2），所述金属地（2）带有矩形槽（3），所述矩形槽（3）沿槽长所在方向贯穿金属地（2）的前后两侧，且矩形槽（3）的厚度与金属地（2）的厚度相同，所述矩形槽（3）内填充有与矩形槽（3）形状尺寸相同的硅介质板，所述硅介质板的上表面沿矩形槽（3）槽长所在方向设置有两根平行的传输线（4）。本发明专利技术的传输线模块与传统结构在品质因数上有了很大提高，解决了现有旋转行波振荡器相比LC振荡器谐振腔品质因数较差的问题。差的问题。差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于旋转行波振荡器的传输线模块及其设计方法


[0001]本专利技术涉及旋转行波振荡器，特别是涉及一种用于旋转行波振荡器的传输线模块及其设计方法。

技术介绍

[0002]现有的旋转行波振荡器（RTWO）一般用作时钟网络的信号源或者用来提供多相位信号，而目前的旋转行波振荡器与传统的LC振荡器相比综合性能（FoM）差距较大，目前同频率下LC振荡器综合性能能比旋转行波振荡器高5dB。这主要由两个方面导致，一方面旋转行波振荡器需要采用多组反相器对来维持振荡，且目前没有较好的拓扑结构来减少反相器对引入的相位噪声。另一方面构成旋转行波振荡器的传输线的品质因数与同频率的电感相比通常低很多，这同样会恶化相位噪声，最终导致旋转行波振荡器较差的FoM值。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于旋转行波振荡器的传输线模块及其设计方法，传输线模块与传统结构在品质因数上有了很大提高，解决了现有旋转行波振荡器相比LC振荡器谐振腔品质因数较差的问题。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于旋转行波振荡器的传输线模块，包括衬底，所述衬底的上表面设置有接地金属层，即金属地，所述金属地带有矩形槽，所述矩形槽沿槽长所在方向贯穿金属地的前后两侧，且矩形槽的厚度与金属地的厚度相同，所述矩形槽内填充有与矩形槽形状尺寸相同的硅介质板，所述硅介质板的上表面沿矩形槽槽长所在方向设置有两根平行的传输线。
[0005]一种用于旋转行波振荡器的传输线模块的设计方法，包括以下步骤：S1.根据旋转行波振荡器所需的频率f，确定整个传输线一个波长的长度λ=u/f，其中u是波在传输线介质中的传播速度；将整个传输线的总长度设定为一个波长的长度λ附近变动；S2.设整个传输线围成莫比乌斯环形状, 根据旋转行波振荡器所需的相位数K，将整个传输线总长度除以相数K，得到每段长度为l=λ/K的传输线模块；S3.对于任一段传输线模块，设其中每一条传输线宽度为W
T
，两条传输线之间的间距为S
T
，金属地上开设的矩形槽宽度，即开设矩形槽后，分割得到的两块金属地之间的间距为S
M
；S4.初始化S
M
为零，初始化传输线间距S
T
为S
T0
，初始化传输线宽度W
T
为W
T0
，其中S
T0
、W
T0
为预先设定的初始参数，分别表征传输线间距的最小值和传输线宽度的最大值；设定步进值
∆
S
M
，传输线间距S
T
保持S
T0
不变，传输线宽度W
T
保持W
T0
不变，从0开始逐步增加S
M
的值，每次增加一个步进值
∆
S
M
；然后对不同S
M
下的传输线模块进行电磁场仿真得到传输线模块的RLGC参数，并计算不同S
M
下的传输线品质因数Q
lump
；当S
M
增加而传输线品质因数Q
lump
无明显变高的时候，选取此时S
M
的数值最终的金
属地之间的间距，其中，Q
lump
无明显变高是指Q
lump
的增加值小于设定阈值；S5.设定步进值
∆
S
T
，传输线宽度W
T
保持W
T0
不变，金属地之间的间距S
M
采用步骤S4得到的值并保持不变；从S
T0
开始，不断增加S
T
，每次增加一个步进值
∆
S
T
，然后对不同S
T
下的传输线模块进行电磁场仿真得到传输线模块的RLGC参数，并计算不同S
T
下的传输线品质因数Q
lump
；直到随着S
T
增加，Q
lump
恶化为止；选取最高的Q
lump
对应的S
T
作为最终的传输线间距；其中，Q
lump
恶化即Q
lump
变小；S6.设定步进值
∆
W
T
，金属地之间的间距S
M
采用步骤S4得到的值并保持不变，传输线间距S
T
采用步骤S5得到的值并保持不变；从W
T0
开始，逐步减小W
T
的值，每次减小
∆
W
T
，然后对不同W
T
下的传输线模块进行电磁场仿真得到传输线模块的RLGC参数，并计算不同W
T
下的传输线品质因数Q
lump
直到随着W
T
减少，Q
lump
恶化为止，选取最高的Q
lump
对应的W
T
作为最终的传输线宽度；其中，Q
lump
恶化即Q
lump
变小。
[0006]所述设计方法还包括步骤S7：对于莫比乌斯环形状中的每一个传输线模块，使其传输线宽度为W
T
，传输线之间的间距为S
T
，金属地之间的间距为S
M
均采用步骤S4~S6中得到的数据。
[0007]所述传输线模型的品质因数Q
lump
计算方式如下：计算传输线的传播常数：计算传输线的传播常数：为传输线传播常数，为传输线衰减常数，为传输线相位传播常数；将传输线传播常数也用
ꢀꢀ
：设R为单位长度电阻，L为单位长度电感，G为单位长度电导，C为单位长度电容，公式如下，得到：确定传输线模块输入阻抗 ：其中 ， 为工作频率，l为传输线长度；计算传输线模块的品质因数，经化简得:。
[0008]本专利技术的有益效果是：本专利技术的传输线模块与传统结构在品质因数上有了很大提高，解决了现有旋转行波振荡器相比LC振荡器谐振腔品质因数较差的问题。
附图说明
[0009]图1为本专利技术的原理示意图；图2为传统传输线模块的原理示意图；图3为实施例中R和G参数与SM的关系示意图；图4为实施例中L和C参数与S
M
的关系示意图；图5为实施例中仿真下Q
dis
和Q
lump
与S
M
的关系示意图；图6为实施例中传统的和140um差分传输线归一化品质因数与频率的关系示意图；图7为实施例中构建的莫比乌斯环示意图；图8为本申请设计的旋转行波振荡器的结构图；图中，1
‑
衬底，2
‑
金属地，3
‑
矩形槽，4
‑
传输线。
具体实施方式
[0010]下面结合附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于旋转行波振荡器的传输线模块，其特征在于：包括衬底（1），所述衬底（1）的上表面设置有接地金属层，即金属地（2），所述金属地（2）带有矩形槽（3），所述矩形槽（3）沿槽长所在方向贯穿金属地（2）的前后两侧，且矩形槽（3）的厚度与金属地（2）的厚度相同，所述矩形槽（3）内填充有与矩形槽（3）形状尺寸相同的硅介质板，所述硅介质板的上表面沿矩形槽（3）槽长所在方向设置有两根平行的传输线（4）。2.根据权利要求1所述的一种用于旋转行波振荡器的传输线模块，其特征在于：所述传输线（4）为矩形传输线。3.根据权利要求1所述的一种用于旋转行波振荡器的传输线模块，其特征在于：所述传输线（4）的宽度小于矩形槽（3）宽度的二分之一。4.一种用于旋转行波振荡器的传输线模块的设计方法，基于权利要求1~3中任意一项所述的传输线模块，其特征在于：包括以下步骤：S1.根据旋转行波振荡器所需的频率f，确定整个传输线一个波长的长度λ=u/f，其中u是波在传输线介质中的传播速度；将整个传输线的总长度设定为一个波长的长度λ附近变动；S2.设整个传输线围成莫比乌斯环形状, 根据旋转行波振荡器所需的相位数K，将整个传输线总长度除以相数K，得到每段长度为l=λ/K的传输线模块；S3.对于任一段传输线模块，设其中每一条传输线宽度为W
T
，两条传输线之间的间距为S
T
，金属地上开设的矩形槽宽度，即开设矩形槽后，分割得到的两块金属地之间的间距为S
M
；S4.初始化S
M
为零，初始化传输线间距S
T
为S
T0
，初始化传输线宽度W
T
为W
T0
，其中S
T0
、W
T0
为预先设定的初始参数，分别表征传输线间距的最小值和传输线宽度的最大值；设定步进值
∆
S
M
，传输线间距S
T
保持S
T0
不变，传输线宽度W
T
保持W
T0
不变，从0开始逐步增加S
M
的值，每次增加一个步进值
∆
S
M
；然后对不同S
M
下的传输线模块进行电磁场仿真得到传输线模块的RLGC参数，并计算不同S
M
下的传输线品质因数Q
lump
；当S
M
增加而传输线品质因数Q
lump
无明显变高的时候，选取此时S
M
的数值最终的金属地之间的间距，其中，Q
lump
无明显变高是指Q
lump
的增加值小于设定阈值；S5.设定步进值
∆
S
T
，传输线宽度W
T
保持W
T0
不变，金属地之间的间...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴亮，康泽辉，
申请(专利权)人：香港中文大学深圳，
类型：发明
国别省市：