CN104835996A - 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，是由两层共面波导中间夹一层基片集成非辐射介质波导构成的双转换三层电路结构。通过在接地板上开一矩形狭槽，将顶部的共面波导中传输的电磁场耦合到中间的基片集成非辐射介质波导中；然后再从基片集成非辐射介质波导耦合到底部的共面波导中。基片集成非辐射介质波导是通过在印刷电路板上设计一系列空气通孔实现的。本发明能顺利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，属于微波技术领域。

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与工作波长相关，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

为克服传统非辐射介质波导制作和集成困难的问题，本发明提供了一种共面波导到基片集成非辐射介质波导的转换电路。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种共面波导到基片集成非辐射介质波导的转换电路，包括印刷电路板和第一共面波导层、第二共面波导层；所述印刷电路板沿长边方向在对折线两侧对称设置空气通孔，构成基于印刷电路板的基片集成非辐射介质波导；所述第一共面波导层包括由上至下依次堆叠放置的第一共面波导、第一介质基板与第一接地板；所述第二共面波导层包括由上至下依次堆叠放置的第二接地板、第二介质基板与第二共面波导；所述印刷电路板放置在第一共面波导层、第二共面波导层之间，印刷电路板的上表面贴合第一接地板，印刷电路板的下表面贴合第二接地板；第一共面波导的金属条带的短边与第一介质基板的长边对齐；在第一接地板上，沿长边方向对折线，设置与第一共面波导的金属条带垂直的第一矩形狭槽，实现第一共面波导到基片集成非辐射介质波导的耦合；第二共面波导的金属条带的短边与第二介质基板的长边对齐；在第二接地板上，沿长边方向对折线，设置与第二共面波导的金属条带垂直的第二矩形狭槽，实现基片集成非辐射介质波导到第二共面波导的耦合。

作为本发明的进一步优化方案，所述印刷电路板沿长边方向未设置空气通孔的区域宽度为0.05λ到1.5λ，其中，λ为电磁波波长。

作为本发明的进一步优化方案，所述第一共面波导与第二共面波导结构相同。

作为本发明的进一步优化方案，所述第一矩形狭槽与第二矩形狭槽的尺寸相同，长度均为0.3λ到λ，宽度均为0.2mm到3mm，其中，λ为电磁波波长。

作为本发明的进一步优化方案，所述印刷电路板的厚度为0.2λ到0.5λ，其中，λ为电磁波波长。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明简化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，放置在同一侧的共面波导由于间隔较远，没有相互产生干扰。同时，本发明采用三层电路结构，充分利用空间，紧凑集成平面和非平面系统，能够有效减小电路体积。同时制作工艺简单、灵活，也可以实现共面波导到基片集成非辐射介质波导双层转换电路，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是本发明的侧视图。

图2是本发明的俯视图。

图3是使用基片集成非辐射介质波导时的转换电路的仿真性能图。

图4是使用传统非辐射介质波导时的三层转换电路的仿真性能图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，本发明的整体结构从上至下依次为：第一共面波导、第一介质基板与第一接地板、印刷电路板、第二接地板、第二介质基板与第二共面波导。如图2所示，所述印刷电路板沿长边方向在对折线两侧对称设置空气通孔；在第一接地板上，沿长边方向对折线设置与第一共面波导的金属条带垂直的第一矩形狭槽；在第二接地板上，沿长边方向对折线设置与第二共面波导的金属条带垂直的第二矩形狭槽。

从电路功能上，本发明是其结构是第一共面波导、基片集成非辐射介质波导、第二共面波导双转换三层电路结构。所述第一共面波导层由第一共面波导、第一介质基板与第一接地板由上至下依次堆叠构成，所述第二共面波导层由第二接地板、第二介质基板与第二共面波导由上至下依次堆叠构成，且第一共面波导层与第二共面波导层的结构和尺寸相同。基片集成非辐射介质波导由印刷电路板以及空气通孔构成，其中，所述印刷电路板沿长边方向留出一段未设置空气通孔的区域，其宽度为0.05λ到1.5λ，其中，λ为电磁波波长；该区域两侧对称打满空气通孔，空气通孔的半径和间距和电路工作频率相关。第一共面波导和基片集成非辐射介质波导之间的转换由第一接地板上的第一矩形狭槽实现；基片集成非辐射介质波导和第二共面波导之间的转换由第二接地板上的第二矩形狭槽实现。

进一步地，本发明提供的共面波导到基片集成非辐射介质波导转换电路，不仅可以设计为三层，也可以使用单层共面波导，设计为两层电路结构。

如图3所示，给出了共面波导介质基板厚为0.52 mm、相对介电常数为2.56；印刷电路板厚度为7.5 mm、相对介电常数为3.27；矩形狭槽为10.2×5.5 mm²时，利用HFSS软件仿真的转换电路中基片集成非辐射介质波导内的磁场分布图（工作频率15GHz）。作为对比，如图4所示，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三层转换电路。根据对比可见，在两个转换电路中，基片集成非辐射介质波导和传统非辐射介质波导中的磁场分布图吻合，并且都沿介质波导传输到下一矩形耦合狭槽。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。

本发明提供的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。同时这种结构能够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，隔离两层共面波导结构，降低两层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。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

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，包括印刷电路板和第一共面波导层、第二共面波导层；

所述印刷电路板沿长边方向在对折线两侧对称设置空气通孔，构成基于印刷电路板的基片集成非辐射介质波导；

所述第一共面波导层包括由上至下依次堆叠放置的第一共面波导、第一介质基板与第一接地板；所述第二共面波导层包括由上至下依次堆叠放置的第二接地板、第二介质基板与第二共面波导；

所述印刷电路板放置在第一共面波导层、第二共面波导层之间，印刷电路板的上表面贴合第一接地板，印刷电路板的下表面贴合第二接地板；

第一共面波导的金属条带的短边与第一介质基板的长边对齐；在第一接地板上，沿长边方向对折线，设置与第一共面波导的金属条带垂直的第一矩形狭槽，实现第一共面波导到基片集成非辐射介质波导的耦合；

第二共面波导的金属条带的短边与第二介质基板的长边对齐；在第二接地板上，沿长边方向对折线，设置与第二共面波导的金属条带垂直的第二矩形狭槽，实现基片集成非辐射介质波导到第二共面波导的耦合。

2.根据权利要求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，所述印刷电路板沿长边方向未设置空气通孔的区域宽度为0.05λ到1.5λ，其中，λ为电磁波波长。

3.根据权利要求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，所述第一共面波导与第二共面波导结构相同。

4.根据权利要求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，所述第一矩形狭槽与第二矩形狭槽的尺寸相同，长度均为0.3λ到λ，宽度均为0.2mm到3mm，其中，λ为电磁波波长。

5.根据权利要求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0.2λ到0.5λ，其中，λ为电磁波波长。