CN102956940B - 基于超材料的微带线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微带线领域，提供一种基于超材料的微带线，该微带线包括金属带、介质基板以及接地板，其中，介质基板为超材料基板，金属带和接地板分别位于超材料基板的两侧且均与超材料基板紧贴，超材料基板由多个超材料片层组成。本发明通过超材料基板实现折射率排布，使得微带线的空间波泄露得到有效的抑制，解决了相邻微带线电磁波串扰的问题；再者，超材料基板制作工艺简单，避免复杂的拼接技术，从而使得成本降低。

Description

基于超材料的微带线

技术领域

本发明涉及微带线领域，更具体的说，涉及一种基于超材料的微带线。

背景技术

微带线(Microstrip Line)是目前混合微波集成电路(HybridMicrowave Integrated Circuits，HMIC)和单片微波集成电路(MonolithicMictowave Integrated Circuits，MMIC)中使用最多的一种平面型传输线。从结构上看，微带线是由很薄的金属带以远小于波长的间隔置于一接地板上，金属带与接地板之间用介质基板隔开。

微带线的突出优点是结构小巧、重量轻，可以用刻板、光刻、腐蚀等工艺在不大的体积内制成复杂的微波电路，并且容易与其他的微波器件集成，实现微波部件和系统的集成化。

随着微波元器件和系统的日益小型化，在一些对体积和重量要求苛刻的场合，可以采用微带传输线取代波导来构成微波电路并在同一块基板上组成各种不同的复杂平面电路，包括桥型电路、匹配负载、衰减器天线等。但是采用微带线传输同样存在缺点，即微带线损耗较大、易泄漏电磁能量造成串扰、Q值低、难以实现微调、功率容量小等。

在使用微带线传输过程中，微带线上的导行电磁波沿微带线轴向不断向空间辐射能量而产生漏波，其中电磁波泄露有两种形式：空间波形式1和表面波形式2，如图1所示。目前已经知道微带线在高频段存在一个泄漏主模，这个泄漏主模以表面波的形式向外泄漏电磁波能量；而在低频段，微带线的各个高次模则以空间波的形式向外泄漏电磁波能量。不管是表面波泄漏还是空间波泄漏，在集成电路中，这些漏波都是有害的，它不仅带来传输功率的下降，而且其泄漏的能量还会给周围其他电路带来电磁干扰问题，从而使得系统总体性能下降，因此需要抑制它。

现有技术中，对于抑制微带线主模泄漏的方法主要采用在微带线上敷一层介电常数足够大的薄的介质层；然而，对于微带线高次模泄漏的抑制，则没有什么简单有效的方法。这主要是由于微带线主模泄漏与高次模泄漏的物理机制不同而造成的，微带线高次模的空间波泄漏几乎很难被完抑制掉。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中微带线高次模的空间波泄露的缺陷，提供基于超材料的微带线，该微带线能够有效的抑制空间波泄露，解决微带线之间电磁波串扰的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的如下技术方案：

基于超材料的微带线，所述微带线包括金属带、介质基板以及接地板，所述介质基板为超材料基板，其中，所述金属带和所述接地板分别位于所述超材料基板的两侧且均与超材料基板紧贴，所述超材料基板由多个超材料片层组成。

进一步地，所述多个超材料片层是具有相同折射率分布的多个超材料片层。

进一步地，所述每一超材料片层均由多个超材料单元组成。

进一步地，所述超材料单元包括人造微结构和供人造微结构附着的单元基材。

进一步地，所述每一超材料片层的折射率分布规律为：与所述金属带正下方处的折射率最小，且往远离所述金属带两侧的地方折射率逐渐增大。

进一步地，所述人造微结构为由至少一根金属丝组成对电磁场有响应的平面结构或立体结构。

进一步地，所述金属丝为铜丝或银丝。

进一步地，所述金属丝通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在所述单元基材上。

进一步地，所述人造微结构为雪花状或雪花状的衍生形任意一种。

进一步地，所述单元基材由陶瓷材料、环氧树脂、聚四氟乙烯、FR-4复合材料或F4B复合材料制得。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

1、本发明采用超材料作为介质基板，通过调节超材料内部的折射率分布，有效的抑制了微带线的空间波泄露。

2、本发明通过改变超材料内部的介电常数的变化来实现实际应用中需要的折射率，工艺简单，且易于批量生产。

3、利用超材料作为基板材料，免除了介质拼接技术，节约了成本。

附图说明

图1是现有技术中微带线的两种泄露波形式的示意图；

图2是本发明基于超材料的微带线的结构示意图；

图3是本发明所述超材料基本结构示意图；

图4是本发明所述超材料单元结构示意图；

图5是本发明实施例示意图；

图6是本发明实施例示意图；

图7是本发明实施例示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图2所示，本发明构造一种基于超材料的微带线，该微带线包括金属带10、介质基板30以及接地板20，其中，所述金属带10和接地板20分别分布于所述介质基板30的两侧，且金属带10通过印刷电路板的方式紧贴于所述介质基板30上。

本发明较佳的实施例中，所述接地板20紧贴于所述介质基板30的下侧，为了抑制金属带10电磁波传输过程中产生的空间波形式泄露，采用超材料基板作为介质基板30，进而减少相邻微带线之间的电磁波串扰。

所述超材料基板30由多个超材料片层301组成，其中每一超材料片层301均由多个超材料单元40组成，所述超材料单元40包括人造微结构402和供人造微结构402附着的单元基材401。

所述多个超材料片层301是具有相同折射率分布的多个超材料片层。

所述每一超材料片层301的折射率分布规律为：如图3所示，与所述金属带10正下方处的折射率最小，且往远离所述金属带10两侧的地方折射率逐渐增大。

为使超材料基板30的每一超材料片层301实现图3所示折射率的变化，经过理论和实际证明，可对所述人造微结构402的拓扑结构、几何尺寸以及其在单元基材401上分布的设计，单元基材401采用介电绝缘材料制成，可以为陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料等，高分子材料例如可以是、环氧树脂或聚四氟乙烯。人造微结构402为以一定的几何形状附着在单元基材401上能够对电磁波有响应的金属线，金属线可以是剖面为圆柱状或者扁平状的铜线、银线等，一般采用铜，因为铜丝相对比较便宜，当然金属线的剖面也可以为其他形状，金属线通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻等工艺附着在单元基材401上，所述每一超材料片层301由多个超材料单元40组成，每一超材料单元40都具有一个人造微结构402，每一个超材料单元40都会对通过其中的电磁波产生响应，从而影响电磁波在其中的传输，每个超材料单元40的尺寸取决于需要响应的电磁波，通常为所需响应的电磁波波长的十分之一，否则空间中包含人造微结构402的超材料单元40所组成的排列在空间中不能被视为连续。

在单元基材401的选定的情况下，通过调整人造微结构402的形状、尺寸及其在单元基材401上的空间分布，可以调整超材料上各处的等效介电常数及等效磁导率进而改变超材料各处的等效折射率。当人造微结构402采用相同的几何形状时，某处人造微结构的尺寸越大，则该处的等效介电常数越大，折射率也越大。

本实施例采用的人造微结构402的图案为雪花状的衍生图案，由图3和图4可知，雪花状人造微结构402的尺寸从所述金属板10正下方处向两侧逐渐变大。

实施例2

为本发明的另一实施例，如图5所示，是一种基于超材料的悬置微带线，与实施例1不同之处在于所述接地板20悬置于所述超材料基板30的正下方，并没有紧贴于所述超材料基板30，其他的都与实施例1相同。

实施例3

如图6所示，是一种基于超材料的倒置微带线，与实施例2不同之处在于所述金属板10位于与所述接地板20的同一侧，且与所述超材料基板30紧贴一起，其他的都与实施例2相同。

实施例4

如图7所示，是一种基于超材料的耦合微带线，与实施例1不同之处在于，在所述超材料基板30的一侧设置有两条相同的金属带10，另一侧为设置有一接地板20，其中每一条金属带10下面的超材料基板的折射率分布情况均与实施例1相同。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未违背本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于超材料的微带线，所述微带线包括金属带、介质基板以及接地板，其特征在于，所述介质基板为超材料基板，其中，所述金属带和所述接地板分别位于所述超材料基板的两侧且均与超材料基板紧贴，所述超材料基板由多个超材料片层组成，所述多个超材料片层是具有相同折射率分布的多个超材料片层；所述每一超材料片层的折射率分布规律为：于所述金属带正下方处的折射率最小，且往远离所述金属带两侧的地方折射率逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的基于超材料的微带线，其特征在于，所述每一超材料片层均由多个超材料单元组成。

3.根据权利要求2所述的基于超材料的微带线，其特征在于，所述超材料单元包括人造微结构和供人造微结构附着的单元基材。

4.根据权利要求3所述的基于超材料的微带线，其特征在于，所述人造微结构为由至少一根金属丝组成对电磁场有响应的平面结构或立体结构。

5.根据权利要求4所述的基于超材料的微带线，其特征在于，所述金属丝为铜丝或银丝。

6.根据权利要求5所述的基于超材料的微带线，其特征在于，所述金属丝通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在所述单元基材上。

7.根据权利要求5所述的基于超材料的微带线，其特征在于，所述人造微结构为雪花状或雪花状的衍生形任意一种。

8.根据权利要求3所述的基于超材料的微带线，其特征在于，所述单元基材由陶瓷材料、环氧树脂、聚四氟乙烯、FR-4复合材料或F4B复合材料制得。