CN104868213A - 一种新型的基片集成非辐射介质波导馈电结构 - Google Patents

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李芊
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Abstract

本发明公开了一种新型的基片集成非辐射介质波导馈电结构，首先通过工艺将两块材质相同，大小不一的印刷电路板叠合在一起，然后利用在印刷电路板上直接打孔技术在叠合部分实现非辐射介质波导结构，再在两块印刷电路板中相对较长的印刷电路板上制作从微带线到槽线的过渡结构，最后通过线性渐变结构实现槽线与基片集成非辐射介质波导的过渡。本发明设计结构简单，性能良好，易于加工，与现有的过渡结构相比，结构更具平面稳定性，加工精度更高，更易于与平面电路集成，在微波毫米波电路领域具有可观的应用前景。

Description

一种新型的基片集成非辐射介质波导馈电结构
技术领域
本发明涉及一种新型的基片集成非辐射介质波导馈电结构，属于微波技术领域。
背景技术
随着通信行业以及军事需求的急剧发展，频谱资源日益紧缺，毫米波频谱波段的发展成为了必不可免的趋势。然而，由于频率的升高，传统的导波结构，如微带线、带状线等表现出不佳的导体损耗，使得其在毫米波段的应用受到限制，而传统金属波导结构又因为其价格昂贵且不能很好的与平面电路混合集成，也非理想的毫米波器件。
1987年提出来的非辐射介质波导被证明是一种极具优势的毫米波导波结构，它由两块金属板以及夹在中间的介质条组成，介质高度小于二分之一波长。该结构特征使其在结构弯曲和不连续处具有低辐射损耗。但是，该非辐射介质波导由于其加工难度大，结构不易稳定，且不易与平面电路集成，极大限制了其在毫米波领域的应用。
基片集成非辐射介质波导是传统非辐射介质波导的一种改良结构，它通过将介质条带拓宽，并在介质条带两侧打上空气孔以实现传统介质条带导波通路，解决了传统非辐射介质波导结构不稳定的难题。然而，和传统非辐射介质波导一样，该改良的结构仍旧需要用金属板进行覆盖，金属板与介质板之间的空隙无法消除，对结构性能影响颇大。
基于此，直接在印刷电路板或金属覆盖的介质上打孔实现基片集成非辐射介质波导技术被提了出来。该技术利用印刷电路板或金属覆盖的介质替代之前提出的基片集成非辐射介质波导的介质部分，无需另外的金属板进行覆盖。通过直接在印刷电路板或金属覆盖的介质上两侧打孔，能够有效降低两侧的有效介电常数，从而可以形成一条介质通带传输电磁波，通过仔细选择打孔的排列方式和几何尺寸，可以有效抑制开孔处的辐射。该结构进一步简化了传统非辐射介质波导的制作过程，对毫米波混合集成系统的发展具有十分重要的指导意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的基片集成非辐射介质波导馈电结构，首先通过工艺将两块材质相同、大小不一的印刷电路板叠合在一起，然后利用在印刷电路板上直接打孔技术在叠合部分实现非辐射介质波导结构，再在两块印刷电路板中相对长的那一块印刷电路板上制作从微带线到槽线的过渡结构，最后通过线性渐变结构实现槽线与基片集成非辐射介质波导的过渡。由于基于基片集成非辐射介质波导的工作模式为纵磁模，因而激励该结构也是当前急需解决的一个难题。该发明提供了一种新型的基片集成非辐射介质波导馈电结构，扩大非辐射介质波导结构在现代微波毫米波电路集成中的应用。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本发明提供一种新型的基片集成非辐射介质波导馈电结构，包括材质相同的第一、第二印刷电路板，第一印刷电路板的长度大于第二印刷电路板的长度，第一印刷电路板的宽度大于或等于第二印刷电路板的宽度；所述第二印刷电路板堆叠放置在第一印刷电路板上表面，第一印刷电路板与第二印刷电路板同轴；在所述第一、第二印刷电路板的重叠区域，沿长边方向在对折线两侧对称设置空气孔，实现非辐射介质波导结构；在所述第一印刷电路板的上表面，沿长边方向的对折线，从第二印刷电路板的两个短边开始，分别向外延伸设置第一、第二槽线，且第一、第二槽线的长度小于第一、第二印刷电路板的长度之差的1/2；从第二印刷电路板的两个短边开始，分别向内延伸设置起始宽度与槽线宽度相同且逐渐加宽的渐变结构，用以匹配第一、第二槽线，实现槽线与非辐射介质波导的过渡；在所述第一印刷电路板的下表面，在未重叠区域、沿短边方向，从第一印刷电路板的任一长边开始，向内对称设置第一、第二微带线；所述第一、第二微带线在第一印刷电路板上表面的投影分别与第一、第二槽线垂直相交，用以在波导中心处实现激励；所述第一、第二微带线和第一、第二槽线的端口分别设置有匹配调节结构。
作为本发明的进一步优化方案，在所述第一、第二印刷电路板的重叠区域，沿长边方向未设置空气孔的区域的宽度为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，所述渐变结构为线性渐变或者指数渐变结构。
作为本发明的进一步优化方案，所述匹配调节结构为圆形或扇形。
作为本发明的进一步优化方案，所述空气孔为圆孔，其直径为1mm~5mm，相邻孔间距为0.25mm~1mm。
作为本发明的进一步优化方案，所述空气孔为方形孔，其边长为1mm~5mm，相邻孔间距为0.25mm~1mm。
作为本发明的进一步优化方案，所述第一、第二槽线的宽度为0.1mm到1mm。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，本发明所述的结构采用了两块印刷电路板上，并在两块印刷电路板重叠部分利用打孔实现了基片集成非辐射介质波导结构制作，简化了非辐射介质波导的制作工艺，结构简单；同时，本发明在两块印刷电路板中较长的那一块上面直接设置微带线到槽线的过渡，在接近基片集成非辐射介质波导中心处进行激励，比现有的在基片集成介质波导顶部或底部激励更有效率，带宽更高，为基于基片集成非辐射介质波导结构提供了一种新型的结构，具有极其优越的微波毫米波集成电路系统应用前景。
附图说明
图1是本发明的整体结构的主视图。
图2是第一印刷电路板的俯视图。
图3是第一印刷电路板的仰视图。
图4是本发明的整体结构的俯视图。
其中：1-第一印刷电路板；2-第二印刷电路板；3-空气孔；4-槽线；5-匹配调节结构；6-渐变结构；7-微带线。
图5是过渡结构的S参数仿真性能图。
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：
本发明提供一种新型的基片集成非辐射介质波导馈电结构，如图1所示，包括材质相同的第一、第二印刷电路板，第一印刷电路板的长度L1大于第二印刷电路板的长度L2，第一印刷电路板的宽度大于或等于第二印刷电路板的宽度；所述第二印刷电路板堆叠放置在第一印刷电路板上表面，第一印刷电路板与第二印刷电路板同轴，即第一印刷电路板的中心与第二印刷电路板的中心在同一直线上，且第二印刷电路板的短边与第一印刷电路板的短边平行；在所述第一、第二印刷电路板的重叠区域，沿长边方向在对折线两侧对称设置空气孔，实现非辐射介质波导结构。如图2所示，在所述第一印刷电路板的上表面，沿长边方向的对折线，从第二印刷电路板的两个短边开始，分别向外延伸设置第一、第二槽线，且第一、第二槽线的长度Ls<（L1- L2）/2；从第二印刷电路板的两个短边开始，分别向内延伸设置起始宽度与槽线宽度WS相同且逐渐加宽的渐变结构，用以匹配第一、第二槽线，实现槽线与非辐射介质波导的过渡。如图3所示，在所述第一印刷电路板的下表面，在未重叠区域、沿短边方向，从第一印刷电路板的任一长边开始，向内对称设置第一、第二微带线。如图4所示，所述第一、第二微带线在第一印刷电路板上表面的投影分别与第一、第二槽线垂直相交，用以在波导中心处实现激励；所述第一、第二微带线和第一、第二槽线的端口分别设置有匹配调节结构。
进一步地，在第一、第二印刷电路板的重叠区域，沿长边方向未设置空气孔的区域的宽度W0为0.05λ到1.5λ，其中，λ为电磁波波长；空气孔为圆孔或者方形孔，其直径或者边长为1mm~5mm，相邻孔间距为0.25mm~1mm；所述渐变结构采用线性渐变或者指数渐变结构；所述匹配调节结构采用圆形或扇形；第一、第二槽线的宽度WS为0.1mm到1mm。
从电路功能上看，本发明设计的一种新型的基片集成非辐射介质波导馈电结构，首先，在所述第一、第二印刷电路板的重叠部位，沿长边方向在对折线两侧W0/2范围以外的区域，对称设置空气孔，实现了非辐射介质波导结构；然后，在第一印刷电路板的下表面设置微带线，上表面设置槽线，以此来激励出基片集成非辐射介质波导的工作模式纵磁模；再在第一印刷电路板的上表面，从第二印刷电路板的两个短边开始，分别向内延伸设置渐变结构进行匹配，实现槽线与基片集成非辐射介质波导的过渡；由此，通过第一印刷电路板上的微带线到槽线的过渡以及第一、第二印刷电路板实现的基片集成非辐射介质波导结构，本发明完成了一种新型过渡结构。
下面通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步阐述：
本实施例的具体参数设置为：第一、第二印刷电路板的长×宽分别为27.93mm×16.28mm和22.93mm×16.28mm，厚度H1和H2分别为1.27mm和2.54mm、相对介电常数为6.15；所设空气孔边长为1.43mm；W0的取值为5.5mm；WS为0.5mm；LS取值为2.17mm；微带线宽度Wm的取值为1.75mm。
图5为利用三维电磁仿真软件实现的过渡结构S参数仿真性能图，其中，S11表征反射系数，S21表征传输系数。从图5可以看出，本实施例实现过渡结构中心频率为23.5GHz，相对带宽为21%。在通带内，该滤波器的反射系数S11小于-15dB，传输系数S21大于-6dB。该仿真结果表明这种新型的由微带线到槽线再到基片集成非辐射介质波导的新型过渡结构，利用两块印刷电路板，并在其中一块印刷电路板上设置微带线到槽线的过渡结构，成功地激励了基于基片集成非辐射介质波导结构，性能良好，且其结构整体统一，易于加工，通过仔细选择印刷电路板的高度，可以做到在基片集成非辐射介质波导中心激励所需模式，与已有的从基片集成非辐射介质波导顶部或底部激励的过渡结构相比较而言，本发明中采用结构更有效率，带宽更宽。由此可见，本发明为基片集成非辐射介质波导的提供了一个新型可靠的过渡结构，丰富了基于印刷电路板的基片集成非辐射介质波导的应用。
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 (7)

1. 一种新型的基片集成非辐射介质波导馈电结构，其特征在于，包括材质相同的第一、第二印刷电路板，第一印刷电路板的长度大于第二印刷电路板的长度，第一印刷电路板的宽度大于或等于第二印刷电路板的宽度；
所述第二印刷电路板堆叠放置在第一印刷电路板上表面，第一印刷电路板与第二印刷电路板同轴；
在所述第一、第二印刷电路板的重叠区域，沿长边方向在对折线两侧对称设置空气孔，实现非辐射介质波导结构；
在所述第一印刷电路板的上表面，沿长边方向的对折线，从第二印刷电路板的两个短边开始，分别向外延伸设置第一、第二槽线，且第一、第二槽线的长度小于第一、第二印刷电路板的长度之差的1/2；从第二印刷电路板的两个短边开始，分别向内延伸设置起始宽度与槽线宽度相同且逐渐加宽的渐变结构，用以匹配第一、第二槽线，实现槽线与非辐射介质波导的过渡；
在所述第一印刷电路板的下表面，在未重叠区域、沿短边方向，从第一印刷电路板的任一长边开始，向内对称设置第一、第二微带线；所述第一、第二微带线在第一印刷电路板上表面的投影分别与第一、第二槽线垂直相交，用以在波导中心处实现激励；
所述第一、第二微带线和第一、第二槽线的端口分别设置有匹配调节结构。
2. 根据权利要求1所述的一种新型的基片集成非辐射介质波导馈电结构，其特征在于，在所述第一、第二印刷电路板的重叠区域，沿长边方向未设置空气孔的区域的宽度为0.05λ到1.5λ，其中，λ为电磁波波长。
3. 根据权利要求1所述的一种新型的基片集成非辐射介质波导馈电结构，其特征在于，所述渐变结构为线性渐变或者指数渐变结构。
4. 根据权利要求1所述的一种新型的基片集成非辐射介质波导馈电结构，其特征在于，所述匹配调节结构为圆形或扇形。
5. 根据权利要求1所述的一种新型的基片集成非辐射介质波导馈电结构，其特征在于，所述空气孔为圆孔，其直径为1mm~5mm，相邻孔间距为0.25mm~1mm。
6. 根据权利要求1所述的一种新型的基片集成非辐射介质波导馈电结构，其特征在于，所述空气孔为方形孔，其边长为1mm~5mm，相邻孔间距为0.25mm~1mm。
7. 根据权利要求1所述的一种新型的基片集成非辐射介质波导馈电结构，其特征在于，所述第一、第二槽线的宽度为0.1mm到1mm。
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