CN103943927A - 一种共面波导到基片集成非辐射介质波导的转换电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共面波导到基片集成非辐射介质波导的转换电路。本发明包含一层共面波导和一层基于印刷电路板的基片集成非辐射介质波导构成的两层电路结构；第一层共面波导层包括两个在同一块介质基板上的共面波导，在非辐射介质波导的金属板上分别开一矩形狭槽，将第一层中一个共面波导中传输的电磁场能量耦合到第二层基片集成非辐射介质波导中；再由第二层基片集成非辐射介质波导中传输的电磁场能量耦合到第一层中的另一个共面波导中；其中，基片集成非辐射介质波导通过空气通孔实现，空气通孔的尺寸和间距由工作频段决定。本发明能实现平面结构到非平面结构的过渡，有利于毫米波频段电路的设计和集成；制作工艺简单，成本低廉。

Description

一种共面波导到基片集成非辐射介质波导的转换电路

技术领域

本发明属于微波技术领域，特别涉及一种共面波导到基片集成非辐射介质波导的转换电路。

背景技术

随着现代无线通信技术的快速发展，频谱资源日益紧缺，使得微波电路的研究和应用朝毫米波和更高频段拓展。而非辐射介质波导在结构弯曲和不连续处有着较小的辐射和泄露损耗，这一特性使其成为毫米波频段电路设计中的重要元件。可是，传统的非辐射介质波导在应用到毫米波电路设计时存在下述两个问题：1、传统非辐射介质波导在制作工艺上步骤繁杂，需要将上下两块金属板分别粘贴到介质条两侧；而且非辐射介质波导的介质条高度为0.15λ-0.5λ,导致频率增加到一定水平后，工艺精度难以满足传统非辐射介质波导的制作；2、平面电路结构在毫米波电路设计中同样有着重要的作用，而非辐射介质波导作为一种非平面电路结构，需要设计一种转换电路，实现其到平面电路的转换。为了十分方便地使用非辐射介质波导，设计混合集成平面与非平面电路，必须提出一种易于加工制作的非辐射介质波导结构，并在此结构基础上，提出一种转换电路，顺利实现平面和非平面电路的过渡。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足,提出了一种共面波导到基片集成非辐射介质波导的转换电路。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种共面波导到基片集成非辐射介质波导的转换电路，包括第一金属条带、第二金属条带、第一介质基板与第一接地板和印刷电路板；

所述印刷电路板包括第一金属面、第二介质基板和第二金属面；

所述第一金属条带、第二金属条带、第一接地板和第一介质基板的一面相贴合；所述第一金属面的一面和第一介质基板的另一面相贴合；所述第一金属面的另一面与第二介质基板的一面相贴合；所述第二金属面与第二介质基板的另一面相贴合；

所述第一金属条带的窄边与第一介质基板的长边对齐；所述第一金属面上设置第一矩形孔，所述第一矩形孔沿第一金属面长边方向的对折线上设置，并在空间上和第一金属条带垂直；

所述第二金属条带的窄边与第一介质基板的长边对齐；所述第一金属面上设置第二矩形孔，所述第二矩形孔沿第一金属面长边方向的对折线上设置，并在空间上和第一金属条带垂直；

所述印刷电路板上，沿印刷电路板长边方向对折线上，距离对折线W范围内不设置通气孔，即印刷电路板中部未打孔区域的宽度为2W；

所述印刷电路板上，沿印刷电路板窄边方向对折线上，距离对折线L范围内不设置通气孔，即印刷电路板中部未打孔区域的长度为2L；

所述印刷电路板中部未打孔区域的宽度2W为0.05λ到1.5λ，长度2L大于1λ；λ为电磁波波长。

所述印刷电路板中通气孔的半径为0.02mm到5mm，通气孔的孔心间距为0.02mm到10mm。

所述第一矩形孔和第二矩形孔的尺寸相同，第一矩形孔和第二矩形孔的长度是0.1λ到λ；第一矩形孔和第二矩形孔的宽度是0.1mm到3mm。

所述印刷电路板的厚度为0.15λ-0.5λ。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种共面波导到基片集成非辐射介质波导的转换电路。所述电路采用两个共面波导和一个基片集成非辐射介质波导的双转换两层电路结构；所述两个共面波导分别制作在一块介质基板上，所述基片集成非辐射介质波导是直接在印刷电路板上打孔实现的。本发明简化了非辐射介质波导的制作工艺，有效抑制基片集成非辐射介质波导在空气通孔处的泄露损耗，较好的实现了毫米波频段平面和非平面电路的混合集成；同时，该转换电路结构也可以变成三层转换电路，将其中一个共面波导放置在印刷电路板的另一侧，为隔离两个共面波导，抑制两层平面电路间的耦合和干扰提供了方案；另外采用三层电路结构，也可以充分利用空间，紧凑集成平面和非平面系统，有效的减小了电路体积；同时该电路制作工艺简单、灵活，为毫米波段混合集成平面和非平面电路的设计提供了依据。

附图说明

图1是转换电路结构分层示意图。

图2是转换电路中共面波导层的俯视图。

图3是转换电路中基片集成非辐射介质波导的俯视图。

图4转换电路的仿真性能图；其中：图4a为使用基片集成非辐射介质波导时转换电路的仿真性能图；图4b为使用传统非辐射介质波导时转换电路的仿真性能图。

附图标记说明： 1是第一金属条带，2是第二金属条带，3是第一接地板，4是第一介质基板，5是第一矩形孔，6是第二矩形孔，7是第一金属面，8是第二介质基板，9是第二金属面，10是空气孔。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明提出的一种共面波导到基片集成非辐射介质波导的转换电路进行详细说明：

如图1所示，转换电路的整体结构包括第一金属条带1，第二金属条带2，第一接地板3，第一介质基板4，第一金属面7，第二介质基板8，第二金属面9；其中第一金属面7上开第一矩形孔5和第二矩形孔6，由第一金属面7，第二介质基板8，第二金属面9组成印刷电路板，印刷电路板上设置空气孔10。

而从电路功能上，转换电路是第一共面波导、基片集成非辐射介质波导与第二共面波导的双转换两层电路结构。所述第一共面波导和第二共面波导层由第一金属条带1，第二金属条带2，第一接地板3，第一介质基板4构成。如图2所示，第一金属条带1、第二金属条带2和第一接地板3放置在第一介质基板4上；如图1和图3所示，第一金属面7沿长边方向对折线上开第一矩形孔5和第二矩形孔6，并放置在第一介质基板4的下面。所述基片集成非辐射介质波导由第一金属面7，第二介质基板8，第二金属面9和通气孔10构成，如图3所示印刷电路板中部留出一段宽为2W，长为2L的未打孔区域，2W为0.05λ-1.5λ，2L大于1λ，λ为电磁波波长；在该区域左右四周，对称打满空气通孔。第一共面波导和基片集成非辐射介质波导之间的转换由开在第一金属面7上的第一矩形孔5实现；基片集成非辐射介质波导和第二共面波导之间的转换由开在第一金属面7上的第二矩形孔6实现。

如图4所示,图4a给出了介质基板厚为0.508 mm、相对介电常数为2.2；印刷电路板厚度为3.175mm、相对介电常数为6.15；矩形孔为4.8×0.5 mm2时，利用HFSS软件仿真的转换电路的工作带宽（工作频率25GHz）,其中反射系数说明了该转换电路工作时能量反射回去的损耗水平，传输系数说明了该转换电路工作时能量传输的损耗水平。作为对比，图4b给出了采用同样材料设计、具有同样工作频段的使用传统非辐射介质波导的两层转换电路的工作带宽。根据对比可见，使用基片集成非辐射介质波导的转换电路可以达到使用传统非辐射介质波导的效果，表明基于印刷电路板的基片集成非辐射介质波导能够应用在毫米波段的电路设计中；进一步，本发明提出的共面波导到基片集成波导的转换电路，可以有效实现平面和非平面电路的混合集成。

共面波导到基片集成非辐射介质波导的转换电路充分利用空间，紧凑集成平面和非平面系统，有效减小电路体积。同时可以灵活的设计为三层转换电路，有效抑制基片集成非辐射介质波导在空气通孔处的泄露损耗，隔离平面电路，降低平面电路间的耦合和干扰。因此，本发明为毫米波频段混合集成平面和非平面电路的设计提供了依据。

Claims (5)

1.一种共面波导到基片集成非辐射介质波导的转换电路，其特征在于，包括第一金属条带、第二金属条带、第一介质基板、第一接地板和印刷电路板；

所述印刷电路板包括第一金属面、第二介质基板和第二金属面；

所述第一金属条带、第二金属条带、第一接地板和第一介质基板的一面相贴合；所述第一金属面的一面和第一介质基板的另一面相贴合；所述第一金属面的另一面与第二介质基板的一面相贴合；所述第二金属面和第二介质基板的另一面相贴合；

所述第一金属条带的窄边与第一介质基板的长边对齐；所述第一金属面上设置第一矩形孔，所述第一矩形孔沿第一金属面长边方向的对折线上设置，并在空间上和第一金属条带垂直；

所述第二金属条带的窄边与第一介质基板的长边对齐；所述第一金属面上设置第二矩形孔，所述第二矩形孔沿第一金属面长边方向的对折线上设置，并在空间上和第一金属条带垂直；

所述印刷电路板上，沿印刷电路板长边方向对折线上，距离对折线W范围内不设置通气孔，即印刷电路板中部未打孔区域的宽度为2W；W为实数；

所述印刷电路板上，沿印刷电路板窄边方向对折线上，距离对折线L范围内不设置通气孔，即印刷电路板中部未打孔区域的长度为2L，L为实数。

2.如权利要求1所述的一种共面波导到基片集成非辐射介质波导的转换电路，其特征在于，所述印刷电路板中部未打孔区域的宽度2W为0.05λ到1.5λ；长度2L大于1λ；λ为电磁波波长。

3.如权利要求1所述的一种共面波导到基片集成非辐射介质波导的转换电路，其特征在于，所述印刷电路板中通气孔的半径为0.02mm到5mm，通气孔的孔心间距为0.02mm到10mm。

4.如权利要求1所述的一种共面波导到基片集成非辐射介质波导的转换电路，其特征在于，所述第一矩形孔和第二矩形孔的尺寸相同，第一矩形孔和第二矩形孔的长度是0.1λ到λ；第一矩形孔和第二矩形孔的宽度是0.1mm到3mm；λ为电磁波波长。

5.如权利要求1所述的一种共面波导到基片集成非辐射介质波导的转换电路，其特征在于，所述印刷电路板的厚度为0.15λ-0.5λ；λ为电磁波波长。