CN103066357B - 基于基片集成波导技术的圆波导 - Google Patents

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Abstract

基于基片集成波导技术的圆波导，涉及微波、毫米波技术。本发明在介质基板上按圆形垂直设置有一圈圆形通孔，所述圆形通孔内壁覆铜，圆形通孔等距分布。本发明的端口反射小，损耗低。

Description

基于基片集成波导技术的圆波导
技术领域
本发明涉及微波、毫米波技术。
背景技术
基片集成波导是一种新的微波传输线形式，其利用金属过孔在介质基片上实现波导的场传播模式，目前基片集成波导在矩形波导中的应用已经比较成熟，克服了传统矩形波导体积较大的缺点。在微波系统中圆波导是一种常用的导波结构，其TE11模的极化简并现象使圆波导在计划衰减器、计划变换器、微波铁氧体环行器等器件中得到广泛使用，但是由于传统圆波导的体积很大，所以目前需要一种能使圆波导体积小型化的实现方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种尺寸小、损耗低的基于基片集成波导技术的圆波导。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，基于基片集成波导技术的圆波导，包括介质基板，其特征在于，在介质基板上按圆形垂直设置有一圈圆形通孔，所述圆形通孔内壁覆铜，圆形通孔等距分布。
相邻两个圆形通孔通过内壁覆铜的方形通孔连通，相邻两个圆形通孔的轴线与方形通孔的轴线垂直相交。
进一步的说，至少两层在垂直方向上(即垂直于介质基板的方向)分布的方形通孔连通相邻两个圆形通孔，垂直方向相邻的方形通孔的间距为λ/8；每一层方形通孔的轴线处于一个平行于介质基板底面的平面上，每一个方形通孔的大小尺寸相同。
更进一步的，方形通孔为4层，层间距相等。
本发明的有益效果是，
1)有类似于传统圆波导的大部分特点，特别是TE11模的极化简并现象。
2)由于介质的引入，与传统圆波导相比尺寸减小；更有利于集成到微波集成电路中。
3)端口的反射很小，损耗较低。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的局部透视示意图。
图3为本发明的局部剖视图(俯视方向)。
图4为本发明的局部剖视图。
图5为传统圆波导与本发明实例在X波段的S11参数曲线图。
具体实施方式#
参见图1～5。
基于基片集成波导技术的圆波导，包括介质基板1，在介质基板1上按圆形垂直设置有一圈圆形通孔2，所述圆形通孔内壁覆铜，圆形通孔等距分布。相邻两个圆形通孔通过内壁覆铜的方形通孔3连通，相邻两个圆形通孔的轴线与方形通孔的轴线垂直相交，方形通孔的轴线平行于介质基板。
所述方形通孔的轴线是指垂直于通孔横截面并通过横截面中心的直线。
至少两层在垂直方向上分布的方形通孔连通相邻两个圆形通孔，垂直方向相邻的方形通孔的间距为λ/8；每一层方形通孔的轴线处于一个平行于介质基板底面的平面上，每一个方形通孔的大小尺寸相同。
更具体的实施方式：
本发明在X波段实现了基于基片集成波导技术的圆波导，该圆波导由一圈圆形金属化通孔围成，通孔的排列为圆形，并且通孔垂直于介质基板。根据圆波导的特性，TE11模式下，波导壁上的电流线始终有垂直于波导轴线的分量，因此通孔间的距离可能导致能量的泄露，而较小的通孔间距可以使泄露的能量减小，从而降低损耗。本实施例采用15mm厚度的介质基板，其介质的介电常数为2.2，中圆形通孔一共为60个，等距排列，通孔的轴线与圆波导的轴线距离为10mm，圆形通孔的半径为0.45mm，圆形通孔间的距离由此确定为0.15mm。
对于传统圆波导，TE11模式下由于管壁的横向电流大小周期性变化，每过λ/4的长度会出现一个极大值，为了避免此处发生明显的能量泄露，因此在这些位置设置小尺寸的方形通孔连通相邻的圆形通孔，方形通孔的轴线过相邻两圆形通孔的圆心，并且平行于介质基板。由进一步的仿真结果反映，将方形通孔的间距缩小一半，即由λ/4减小到λ/8可以明显的降低反射。本实施例中，仿真得到的λ为25mm，因此相邻方形通孔的间距设置为3mm，沿圆波导轴向的长度为0.2mm，沿圆波导径向的长度为0.01mm，所有的方形通孔孔壁覆铜。
以本实施例为基础，仅改变圆形通孔的半径，进而改变圆形通孔的间距，经过一系列仿真拟合，得到在10GHz附近由于圆形通孔的改变对插损带来的影响，拟合公式：
S12＝ζ1+ζ2*d+ζ3*d2，ζ1＝-0.02666；ζ2＝-0.84256；ζ3＝0.54084
其中，d为通孔间距，可以看出两者反相关，在X波段进行设计时可根据经验公式选择合适的圆形通孔间距。
本发明能够减小圆波导器件的尺寸，由图5可以看到，在不影响性能的条件下，本发明比传统圆波导的尺寸更小。

Claims (3)

1.基于基片集成波导技术的圆波导，包括介质基板(1)，其特征在于，在介质基板(1)上按圆形垂直设置有一圈圆形通孔(2)，所述圆形通孔内壁覆铜，圆形通孔等距分布；相邻两个圆形通孔通过内壁覆铜的方形通孔(3)连通，相邻两个圆形通孔的轴线与方形通孔的轴线垂直相交；
至少有两层在垂直方向上分布的方形通孔连通相邻两个圆形通孔，垂直方向相邻的方形通孔的间距为λ/8；每一层方形通孔的轴线处于一个平行于介质基板底面的平面上，每一个方形通孔的大小尺寸相同，所述垂直方向为垂直于介质基板底面的方向。
2.如权利要求1所述的基于基片集成波导技术的圆波导，其特征在于，方形通孔为4层，层间距相等。
3.如权利要求2所述的基于基片集成波导技术的圆波导，其特征在于，介质基板厚度为15mm，介质介电常数2.2，圆形通孔为60个，圆形通孔的轴线与圆波导的轴线距离为10mm，圆形通孔半径0.45mm；方形通孔的层间距为3mm，方形通孔沿圆波导轴向的长度为0.2mm，沿圆波导径向的长度为0.01mm。
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