CN104411151A - 一种基于三维打印制造技术的微波电路封装屏蔽盒 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三维打印制造技术的微波电路封装屏蔽盒。该封装屏蔽盒包括金属盒腔体和金属盒盖，其中金属盒盖通过三维打印制造技术实现，金属盒盖下表面包含有二维周期排列的复合金属柱单元，每个复合金属柱单元则由三个金属柱垂直交叉组成。每个复合金属柱单元和正下方的金属盒腔体之间构成串联电感电容谐振，复合金属柱单元之间则构成并联电感电容谐振；对于金属封装屏蔽盒内可能激励起的腔体谐振噪声而言，其中串联电感电容谐振为其提供了低阻抗的滤除路径，并联电感电容谐振则在其传播路径上构成了隔离的高阻抗路径。最终实现所需频率范围内对微波电路封装屏蔽盒内腔体噪声的隔离和抑制，保证封装屏蔽盒内噪声敏感电路的正常工作。
Description
技术领域
本发明属于电磁场与微波技术领域。具体涉及一种基于三维打印制造技术的微波电路封装屏蔽盒。
背景技术
微波电路封装屏蔽盒广泛应用于微波有源、无源电路的安装和保护，一般由金属铝制成，不仅能够起到微波电路在户外恶劣自然环境下的保护作用，还能够屏蔽外界电磁场与电磁波对屏蔽盒内微波电路的影响；但是，由于金属屏蔽盒自身也是一种谐振腔结构，内部微波电路辐射的电磁场会激励起金属屏蔽盒自身的多个谐振模式，如果这些谐振模式的谐振频率和封装在屏蔽盒内电路的工作频率相近的话，就会对内部电路形成干扰，降低电路的相关性能。因此，有效抑制微波电路封装屏蔽盒内的噪声是近年来的一个研究热点。
传统的抑制微波电路封装屏蔽盒内噪声的方法就是利用金属壁将金属屏蔽盒内部需要隔离的部分区别开来，即将金属屏蔽盒内分成多个独立的小型金属腔，在每个小金属腔对应的屏蔽盒盖下表面贴附上吸波材料，该方法对抑制屏蔽盒内的噪声具有一定的效果，不过加工成本较贵，噪声隔离程度一般，另外需要对电路位置进行优化布局，增加了设计难度和电路研发周期。
针对于此，瑞典科学家提出了缝隙波导理想磁导体的封装技术概念，该设计概念利用理想电壁和理想磁壁之间不支持电磁波传播的基本原理，通过在金属屏蔽盒盖的下方引入周期性的四分之一波长的金属柱将金属盒盖等效为理想磁壁，但是这样做的缺点就是低频噪声抑制需要的金属柱长度较长，屏蔽盒的厚度较大；且单元尺寸较大，不利于有限屏蔽盒内加载更多的金属柱单元，削弱了噪声隔离度。
本发明则利用复合金属柱单元在屏蔽盒内噪声传播路径上引入并联谐振、噪声生成路径上引入串联谐振的方法达到噪声抑制的目的，且实现了屏蔽盒的低剖面和加载单元尺寸的小型化。另外，由于复合金属柱单元结构复杂，全铝铣工艺加工难度很大，成本较高，本发明创新性地引入了三维打印金属或者打印介质(介质外表面镀金属)的工艺实现了所设计微波电路封装屏蔽盒。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于三维打印制造技术的微波电路封装屏蔽盒，实现了微波电路封装过程中屏蔽盒内噪声的抑制；且引入三维打印技术加工所设计的复杂屏蔽盒结构，克服了传统机械加工的缺陷。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于三维打印制造技术的微波电路封装屏蔽盒，包括封装屏蔽盒盖和封装屏蔽盒腔体，封装屏蔽盒腔体的内表面上覆盖有一层微波电路衬底介质，在封装屏蔽盒盖内表面的水平二维方向上，周期排列有若干个相同复合金属柱单元结构；所述复合金属柱单元由三个相互垂直的金属柱组成，其中第一金属柱与屏蔽盒盖内表面垂直连接，第二金属柱和第三金属柱的柱中心处十字交叉后连接到第一金属柱的末端。
进一步地，所述封装屏蔽盒盖由三维打印制造技术加工制作而成。
进一步地，三个金属柱的结构参数相同或者不同。
本发明所提供的基于三维打印制造技术的微波电路封装屏蔽盒和传统封装屏蔽盒以及缝隙波导理想磁导体的封装相比，有益效果在于：在实现盒内噪声抑制的同时，实现了封装屏蔽盒的低剖面设计和小型化设计。一方面，利用相邻复合金属柱单元之间的电容效应和金属柱自身的电感效应在盒内噪声传播路径上引入并联谐振，阻碍噪声的有效传播；另外一方面，利用复合金属柱单元和金属盒内腔之间的电容效应和金属柱自身的电感效应在盒内噪声产生路径上引入串联谐振，有效抑制噪声的生成。上述这些特点使得本发明提供的微波电路封装屏蔽盒对微波电路封装中的噪声起到了有效的抑制效果，保证了屏蔽盒内微波电路的正常工作和相关性能。另外，本发明中设计的复合金属柱单元结构相对复杂，传统机械加工成本高、难度大；针对于此，引入三维打印技术可以有效降低所设计的微波电路封装屏蔽盒的制造成本和加工难度。
附图说明
图1为根据本发明提出的基于三维打印制造技术的微波电路封装屏蔽盒盖三维示意图。
图2为根据本发明提出的基于三维打印制造技术的微波电路封装屏蔽盒腔体三维示意图。
图3为本发明所提出的复合金属柱单元和对应部分金属盒盖、金属盒腔体的一个单元的三维示意图(a)和一个单元的设计参数标注图(b)。
图4为本根据本发明仿真的屏蔽盒内噪声抑制阻带的色散图(a)和插入损耗图(b)。
其中，附图标记说明如下：1-封装屏蔽盒盖；2-和封装屏蔽盒盖相连接的复合金属柱周期单元；3-封装屏蔽盒腔体；4-一个复合金属柱单元区域内封装屏蔽盒盖的一部分；5-组成复合金属柱单元的金属柱；6-封装屏蔽盒内部的微波电路衬底介质；7-一个复合金属柱单元区域内封装屏蔽盒腔体的一部分。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明提供的一种基于三维打印制造技术的微波电路封装屏蔽盒实施例进行具体说明：
本发明设计的一种基于三维打印制造技术的微波电路封装屏蔽盒盖如图1所示，包括封装屏蔽盒盖1，复合金属柱周期单元2，复合金属柱周期单元2和封装屏蔽盒盖1相连。图2是封装屏蔽盒腔体3。每个复合金属柱周期单元2和正下方的封装屏蔽盒腔体3之间构成串联电感电容谐振，复合金属柱周期单元2之间则构成并联电感电容谐振。对于金属封装屏蔽盒内可能激励起的腔体谐振噪声而言，其中串联电感电容谐振为其提供了低阻抗的滤除路径，并联电感电容谐振则在其传播路径上构成了隔离的高阻抗路径。本发明通过以上结构设计，最终实现所需频率范围内对微波电路封装屏蔽盒内腔体噪声的隔离和抑制，保证封装屏蔽盒内噪声敏感电路的正常工作。
图3(a)所示是由封装屏蔽盒盖1的部分、复合金属柱周期单元2、封装屏蔽盒腔体3的部分、以及封装屏蔽盒内部微波电路衬底介质6的部分组成的一个周期单元。
如图3(b)所示封装屏蔽盒盖1的厚度为h1，封装屏蔽盒腔体3厚度为h2，封装屏蔽盒内微波电路的衬底介质6厚度为hs，复合金属柱单元中和金属盒盖下表面下连的金属柱5的长度为d，复合金属柱单元中另外两个金属柱5的长度均为s，三个金属柱5的截面正方形边长为w，复合金属柱单元下表面距微波电路衬底介质6表面的距离为t，单元周期为p。
本发明根据图1设计的噪声抑制阻带频率范围在5GHz至11GHz的微波电路封装屏蔽盒1，其微波电路衬底介质6的介电常数为4.4，微波电路衬底介质6的厚度hs＝0.5mm，封装屏蔽盒盖1的厚度为h1＝1.5mm，封装屏蔽盒腔体3厚度为h2＝1.5mm，其它单元结构参数为：d＝5mm，s＝7mm，w＝1.5mm，t＝1mm，p＝7.5mm。
图4是本发明的仿真结果，图4(a)和(b)分别是屏蔽盒内噪声抑制阻带的色散图和插入损耗图，可以看到在5-11GHz频率范围内产生了阻带。
Claims (3)
1.一种基于三维打印制造技术的微波电路封装屏蔽盒，包括封装屏蔽盒盖和封装屏蔽盒腔体，其特征在于，封装屏蔽盒盖内表面的水平二维方向上，周期排列有若干个相同复合金属柱单元结构；所述复合金属柱单元由三个相互垂直的金属柱组成，其中第一金属柱与屏蔽盒盖内表面垂直连接，第二金属柱和第三金属柱的柱中心处十字交叉后连接到第一金属柱的末端。
2.根据权利要求1所述的一种基于三维打印制造技术的微波电路封装屏蔽盒，其特征在于，所述封装屏蔽盒盖由三维打印制造技术加工制作而成。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于三维打印制造技术的微波电路封装屏蔽盒，其特征在于，三个金属柱的结构参数相同或者不同。
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