CN103515682A - 多层阶梯式基片集成波导实现微带至波导的垂直过渡结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多层阶梯式基片集成波导实现微带至波导的垂直过渡结构，在微带与波导口径之间该结构利用一段多层阶梯基片集成波导实现微带与波导口径的垂直过渡。在各层阶梯基片集成波导之间，及最下层基片集成波导与波导口径之间刻蚀耦合口径，多层基片集成波导在两个平面方向采用阶梯结构以与单层微带实现匹配互连，并实现宽带性能。本发明通过采用新颖的多层阶梯基片集成波导结构，省去了短路面，利于平面集成，特别是平面电路与波导结构的系统级互连；并通过优化设计计算，实现了宽带性能。
Description
技术领域
本发明属于毫米波通讯领域，具体涉及一种毫米波宽带微带至波导的垂直过渡设计技术。
背景技术
微带-波导过渡被广泛应用于各种微波、毫米波模块中，以实现微波、毫米波信号从平面电路，特别是包含有源器件的平面集成电路到波导结构的传输，而波导结构以其低损耗、高Q值等特点被广泛应用于毫米波频段。
到目前为止，传统的微带至波导垂直过渡主要包括E面探针馈电型、缝隙耦合贴片型，口径（地面）耦合（叠层）贴片型。前者通常需要一短路面，这是电路紧凑、集成的一个障碍，后面两种方式省却了短路面，但带宽较窄，最后一种方式也会有口径后向辐射的能量损失的问题。
基片集成波导以其具有波导特点，同时拥有紧凑的结构形式，成为当前微波、毫米波技术研究的一大热点。近年来也有SIW至波导的垂直过渡研究报道，其省去了短路面，工作带宽有宽有窄，采用较厚SIW结构的垂直过渡易获得较宽的工作带宽，但这样的结构由于其过厚的基片厚度，而与工作于该频段的微带结构无法兼容，从而也限制了其与平面电路，特别是包含有源器件的功能模块的互连。
发明内容
发明目的：为了解决上述存在的缺陷，本发明提供了一种结构紧凑，既能省却短路面，又有利于电路集成，并拥有较宽的带宽，满足各类毫米波模块要求的阶梯式的微带至波导的垂直过渡结构。
技术方案：为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种多层阶梯式基片集成波导实现微带至波导的垂直过渡结构，包括阶梯式集成波导结构和矩形波导，所述阶梯式集成波导结构包括从上至下依次层叠的多层基片，每层基片设有阵列的金属化通孔，该金属化通孔围成的区域的上下表面经过刻蚀形成相应的耦合口径，耦合口径周围的金属化通孔的垂直贯通连接形成阶梯式的电磁耦合结构，同时最上层基片的上表面设置微带结构，最下层的下表面设置金属地面，该金属地面腐蚀有用于连接矩形波导的连接口径，从而形成阶梯式波导结构；所述矩形波导通过金属地面上的连接口径与阶梯式集成波导结构垂直连接。
作为优选，所述阶梯式集成波导结构包括三层基片。
进一步改进，所述整个电磁耦合结构为阶梯状。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过采用新颖的多层阶梯基片集成波导结构，省去了短路面，利于平面集成，特别是平面电路与波导结构的系统级互连；并通过优化设计计算，实现了宽带性能，能满足各种毫米波模块的要求；可利用多层平面电路工艺进行加工制作，譬如低成本的PCB工艺、多层 圆片键合工艺、MEMS工艺等，该结构可实现密封。
附图说明
图1为本发明所述微带至波导的垂直过渡结构的结构示意图；
图2为本发明所述微带至波导的垂直过渡结构的截面剖视图；
图3为本发明所述微带至波导的垂直过渡结构的详细分层示意图；
图4本发明所述微带至波导垂直过渡背对背结构的结构示意图。
其中，矩形波导100、阶梯式集成波导结构200、第一基片210、微带结构211、第二基片220、第三基片230、金属地面231、连接口径232、金属化通孔240、耦合口径250。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。以下所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干设计结构改进制备方法润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
一种多层阶梯式基片集成波导实现微带至波导的垂直过渡结构，它包括阶梯式集成波导结构和矩形波导。其中阶梯式集成波导结构包括从上之下依次层叠的第一基片、第二基片和第三基片，每层基片都阵列设置有金属化通孔，每层基片的金属化通孔围成的区域为台阶状，其中第一基片下表面、第二基片的上下表面和第三基片的上表面对应金属化通孔围成的区域通过刻蚀形成耦合口径，以实现信号的传输，且耦合口径从下至上面积逐渐增大（形状可以保持一致）；另外在第三基片的下表面对应的设置金属地面，该金属地面腐蚀有与耦合口径匹配的连接口径，通过这样的手段从而在层叠集成的三层基片形成阶梯式的多层基片集成波导结构，并将矩形波导通过第三基片下表面的连接口径（实际也是耦合口径）与阶梯式集成波导结构实现垂直连接。本发明中，各层耦合口径的大小和形状取决于性能的优化设计，该耦合口径的大小进而决定论阶梯结构的外形。
本发明为微带至波导的垂直过渡，平面电路部分由三层介质基片组成，微带结构体现在最上层，通过三层阶梯式基片集成波导与波导实现垂直互连。各层基片之间、以及最底层基片与波导口径之间均刻蚀有耦合口径，以实现信号的传输。同时，阶梯式的多层基片集成波导结构有利于与微带结构实现匹配互联，并实现较宽的带宽。这一结构直接省却了传统方法所需要的短路面。整个结构能实现与有源器件的集成，并可以实现密封。
本发明以E波段（60-90GHz）为例，经优化仿真设计，采用低成本PCB工艺制作了微带至波导垂直过渡的原型。其中第一与第二基片选择为0.127mm厚Rogers-5880，第三基片为0.254mm厚Rogers-5880。实测中，在75-85GHz范围内（相对带宽33.3%）,实现了插入损耗小于2.5dB的电性能。可广泛应用于各类毫米波模块中。
Claims (3)
1.一种多层阶梯式基片集成波导实现微带至波导的垂直过渡结构，其特征在于：包括阶梯式集成波导结构和矩形波导，所述阶梯式集成波导结构包括从上至下依次层叠的多层基片，每层基片设有阵列的金属化通孔，该金属化通孔围成的区域的上下表面经过刻蚀形成相应的耦合口径，耦合口径周围的金属化通孔的垂直贯通连接形成阶梯式的电磁耦合结构，同时最上层基片的上表面设置微带结构，最下层的下表面设置金属地面，该金属地面腐蚀有用于连接矩形波导的连接口径，从而形成阶梯式波导结构；所述矩形波导通过金属地面上的连接口径与阶梯式集成波导结构垂直连接。
2.根据权利要求1所述多层阶梯式基片集成波导实现微带至波导的垂直过渡结构，其特征在于：所述阶梯式集成波导结构包括三层基片。
3.根据权利要求1所述多层阶梯式基片集成波导实现微带至波导的垂直过渡结构，其特征在于：所述整个电磁耦合结构为阶梯状。
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