CN103956540A - 一种可抑制高频辐射损耗的微带线介质移相器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可抑制高频辐射损耗的微带线介质移相器，包括采用依次叠放布置的衬底、参考地电极层、电介质薄膜层及传输线层，在所述衬底、参考地电极层、电介质薄膜层和传输线层中至少一层结构上设置光子晶体结构。本发明具有结构简单紧凑、制作简便、能够抑制器件高频幅射、降低器件高频损耗等优点。

Description

一种可抑制高频辐射损耗的微带线介质移相器

技术领域

本发明主要涉及到微波射频电路领域，特指一种可抑制高频辐射损耗的微带线介质移相器。

背景技术

电扫描天线阵列在通信系统、相控阵雷达、缺陷检测等领域中都有重要应用。移相器是电扫描天线阵列的核心组成部分，决定了系统的性能和成本。移相速度快、移相精度高、插入损耗小、功率容量大、体积小、重量轻、成本低廉、可靠性高是毫米波移相器的发展需求。微波移相器的实现方法越来越多，如半导体二级管移相器、砷化镓晶体管开关式移相器、铁氧体移相器、介质移相器。这些移相器中，介质移相器具有响应速度快、插入损耗小、工作温区宽、功耗小、质量轻、生产成本低等优点，是当前移相器研究的重点与热点。

微带线型移相器是介质移相器的一种，其一般由介质基片、沉积在介质基片上的金属导体带以及金属接地板构成，在衬底上先镀一层金属层作为参考地，然后在金属地上沉积一层介电常数可调的电介质，作为移相度调谐的基础，最后将传输线制作在电介质上。

微带线型介质移相器在高频应用中，存在比较大的损耗，其中包括插入损耗、介质损耗、回波损耗、导体损耗、辐射损耗等，大大降低能量传输率，而且频率越高，各类损耗越大。辐射损耗是高频介质移相器的传输损耗中不可忽略的部分，现在的研究多数是通过封装技术来减小辐射损耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、制作简便、能够抑制器件高频幅射、降低器件高频损耗的可抑制高频辐射损耗的微带线介质移相器。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种可抑制高频辐射损耗的微带线介质移相器，包括采用依次叠放布置的衬底、参考地电极层、电介质薄膜层及传输线层，在所述衬底、参考地电极层、电介质薄膜层和传输线层中至少一层结构上设置光子晶体结构。

作为本发明的进一步改进：所述光子晶体结构由按照周期性规律变化的材料介质构成。

作为本发明的进一步改进：所述材料介质为孔和/或柱体。

作为本发明的进一步改进：所述孔和柱体为圆柱形、方柱形、三角柱形、六边形柱体。

作为本发明的进一步改进：所述孔和柱体以等间距周期性或间距渐变方式排布。

作为本发明的进一步改进：相邻所述孔或所述柱体之间的中心距离要小于或等于所屏蔽的电磁波波长的1/2。

作为本发明的进一步改进：所述孔或所述柱体的高度为光子晶体结构所在层结构的厚度。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明可抑制高频辐射损耗的微带线介质移相器，结构简单紧凑、制作简便，通过设置光子晶体结构，降低了信号传输过程中的辐射损耗，使移相器能得到更强的输出信号，还能有效传输线间的串扰，减小信号失真度，使输出端获得更完整的波型。

附图说明

图1是本发明在具体应用实例中的结构原理示意图。

图2是本发明在具体应用实例中采用柱状光子晶体结构时的原理示意图。

图3是本发明在具体应用实例中采用孔体状光子晶体结构时的原理示意图。

图4是本发明在实施例1中的结构原理示意图。

图5是本发明在实施例2中的结构原理示意图。

图6是本发明在实施例3中的结构原理示意图。

图7是本发明在实施例4中的结构原理示意图。

图例说明：

1、衬底；2、参考地电极层；3、电介质薄膜层；4、传输线层；5、孔；6、柱体；7、光子晶体结构。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的可抑制高频辐射损耗的微带线介质移相器，包括采用依次叠放布置的衬底1、参考地电极层2、电介质薄膜层3及传输线层4。其中，衬底1可以根据实际需要采用硅、多孔硅、石英、蓝宝石、氧化铝陶瓷、玻璃纤维等材料制成；参考地电极层2是整个器件的参考地电极，可以根据实际需要采用金、银、铜等良导体材料；电介质薄膜层3是一层介电常可调谐的电介质薄膜，用于实现移相器移相度调谐；传输线层4根据实际需要采用金、银、铜等良导体材料，高频信号从传输线层4的输入端，传输到输出端；图中所示是蜿蜒型传输线，当然也可以采用其他形状布置的传输线层4。

本发明在上述四层的至少一层结构中设置光子晶体结构7，即光子晶体结构7可以分布在单层或者在多层中同时分布。本发明是利用光子晶体结构7来抑制器件高频幅射，降低器件高频损耗。由于具有周期性介电常数结构的材料会对某一频率的电磁波形成禁带，即电磁带隙（Electromagnetic Band Gap），这种人造的周期性结构即可称为“光子晶体”，也可称为电磁晶体，电磁带隙具有明显的禁带特性和慢波特性。本发明可以适用于各种线型微带线移相器结构，主要功能有两方面：（1）抑制移相器传输线向空间幅射能量，降低传输损耗；（2）在器件线间起到隔离作用，减小线间串扰。

在具体应用实例中，本发明中光子晶体结构7实现的方式是在至少一层结构上布置按照一定规律变化材料介质。参见图2和图3，所述变化材料介质是以孔5和/或柱体6的方式来实现的，孔5和柱体6可以是圆柱形、方柱形、三角柱形、六边形柱体等；孔5或柱体6以等间距周期性、间距渐变等规律排布。

根据光子晶体形成电磁带隙的特性，相邻孔5或柱体6之间的中心距离要小于或等于所屏蔽的电磁波波长的1/2。如已知器件上传输信号的频率f和介质材料的相对介电常数εr，可计算得相应的电磁波波长λ，则光子晶体结构7中相邻孔5或柱体6的中心距离应小于或等于λ/2。如图2所示，在具体应用实例中的周期性光子晶体结构7，周期长度L1和L2都小于或等于λ/2。一般孔5或柱体6的高度为光子晶体结构7所在层（如：金属层或介质层）的厚度。

实施例1：如图4所示，在参考地电极层2上打孔5，相邻孔5的孔间距离小于或等于λ/2；光子晶体结构7的高度即为参考地电极层2的厚度。该孔5为圆柱形，孔5内没有填充物，在其它实例中也可以选择在这些圆柱形的孔5中填充一些不同于金属电极的材料。

在制作时，采用从下至上的顺序进行制作。首先在衬底1上制作一层金属，作为参考地电极层2；然后经过涂胶、光刻、腐蚀等一系列半导体工艺，在参考地电极层2上刻蚀出周期性的孔5；接着，在参考地电极层2上制作电介质薄膜层3；最后在电介质薄膜层3上制作一层金属，经过涂胶、光刻、腐蚀等一系列半导体工艺，刻蚀出所需传输线层4的形状。

实施例2：如图5所示，在电介质薄膜层3上打圆柱形的孔5，相邻孔5的孔间距小于或等于λ/2，光子晶体结构7的高度即为电介质薄膜层3的厚度。圆柱形的孔5可以没有填充物，孔5内没有填充物，在其它实例中也可以选择在这些圆柱形的孔5中填充一些不同于金属电极的材料。

在制作时，采用从下至上的顺序进行制作。首先在衬底1上制作一层金属，作为参考地电极层2；然后在参考地电极层2上制作电介质薄膜层3；接着，经过涂胶、光刻、腐蚀等一系列半导体工艺，在电介质薄膜层3上刻蚀出周期性的孔5；最后，在电介质薄膜层3上制作一层金属，经过涂胶、光刻、腐蚀等一系列半导体工艺，刻蚀出所需传输线层4的形状。

实施例3：如图6所示，在传输线层4的周围空白处制作圆柱形的金属的柱体6，相邻柱体6的柱间距离小于或等于λ/2，柱体6的高度与传输线层4的厚度相同。

在制作时，采用从下至上的顺序进行制作。首先，在衬底1上制作一层金属，作为参考地电极层2；然后在参考地电极层2上制作电介质薄膜层3；接着在电介质薄膜层3上制作一层金属；最后，在传输线层4的金属层上，经过涂胶、光刻、腐蚀等一系列半导体工艺，刻蚀出所需传输线层4的形状和形成光子晶体结构7的柱体6。

可以理解，除了以上三种实施例中单层的光子晶体结构7外，也可以制作两层或多层光子晶体结构7，这些光子晶体结构7可以是处于相邻层，亦可以是间隔层。

实施例4：如图7所示，在电介质薄膜层3与传输线层4上均设置光子晶体结构7，图中圆柱形的孔5是分布在电介质薄膜层3上，圆柱形的柱体6是分布在传输线层4上，所形成的两层光子晶体结构7可以有各自不同的形状、间距等参数，其晶体结构的距离均小于或等于λ/2。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。 

Claims (7)

1.一种可抑制高频辐射损耗的微带线介质移相器，包括采用依次叠放布置的衬底（1）、参考地电极层（2）、电介质薄膜层（3）及传输线层（4），其特征在于，在所述衬底（1）、参考地电极层（2）、电介质薄膜层（3）和传输线层（4）中至少一层结构上设置光子晶体结构（7）。

2.根据权利要求1所述的可抑制高频辐射损耗的微带线介质移相器，其特征在于，所述光子晶体结构（7）由按照周期性规律变化的材料介质构成。

3.根据权利要求2所述的可抑制高频辐射损耗的微带线介质移相器，其特征在于，所述材料介质为孔（5）和/或柱体（6）。

4.根据权利要求3所述的可抑制高频辐射损耗的微带线介质移相器，其特征在于，所述孔（5）和柱体（6）为圆柱形、方柱形、三角柱形、六边形柱体。

5.根据权利要求3所述的可抑制高频辐射损耗的微带线介质移相器，其特征在于，所述孔（5）和柱体（6）以等间距周期性或间距渐变方式排布。

6.根据权利要求3或4或5所述的可抑制高频辐射损耗的微带线介质移相器，其特征在于，相邻所述孔（5）或所述柱体（6）之间的中心距离要小于或等于所屏蔽的电磁波波长的1/2。

7.根据权利要求3或4或5所述的可抑制高频辐射损耗的微带线介质移相器，其特征在于，所述孔（5）或所述柱体（6）的高度为光子晶体结构（7）所在层结构的厚度。