CN104882656B - 一种微带到基片集成波导的平衡式过渡电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微带到基片集成波导的平衡式过渡电路，包括第一介质基板、第二介质基板、第一金属贴片以及第二金属贴片、对称设置于所述第一介质基板上表面两端的输入输出传输线组、与输入输出传输线一一对应连接的低阻抗谐振器；第二介质基板与其上设置的多个第一金属化通孔构成基片集成波导，第二介质基板上表面设置的第一金属贴片开设有U型槽，第二金属贴片设置于第二介质基板下表面。此平衡式过渡电路实现了差分信号从微带传输线到基片集成波导传输的多层异面过渡，电路结构简单，厚度小，且易于制造，差模带宽宽，共模抑制效果好，抗干扰能力强以及可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，更具地说，涉及一种微带到基片集成波导的平衡式过渡电路。
背景技术
在微波毫米波的商业和军事通信系统中，微带和基片集成波导为能够有效地在各种模块之间传输高频信号的两种常用的传输线。微带传输线路通常用于连接多个有源电路的模块包括晶体管、单片微波集成电路(MMIC)以及各种表面安装的组件。而基片集成波导由于兼具金属波导Q值高、损耗低和功率容量大的特点，同时又易于加工和平面集成，成为天线馈电网络、高品质因数滤波器等的低损耗传输线的首选。
在一个系统的体系结构设计，使用不同类型的传输线是有利的，如微带线和基片集成波导共存的模块。在这方面，当基片集成波导模块连接到微带模块时就需要一个微带到基片集成波导的过渡器件。在许多应用中，这些过渡器件被安装在多层面板的表面。基于平面基板、易于制造以及尺寸紧凑的宽带微带-基片集成波导过渡设计非常重要。
平衡式电路由于其电路形式的对称性和信号的反相特性而受到越来越多的研究和关注。与传统的单端微波电路相比，平衡式电路的优点包括：谐波抑制、高线性度、抗干扰能力强(通常外界噪声都是共模信号)、高可靠性和高输出功率(两个差分电路的功率合成)等。因此，在当前的微波单片集成电路(MMIC)和射频集成电路(RFIC)中，平衡/差分模式被广泛采用。因此非常有必要开发微带-基片集成波导的平衡式过渡设计，以用于平衡式电路中。
传统的微带到基片集成波导的平衡式过渡设计大都是由不同形式的探针馈电来构成的，但是由于探针馈电需要一定的长度，这使得基板厚度比较厚。而对于工作带宽来说，此类设计中较好的工作带宽为17％，对共模抑制这方面的性能没有进行评估。
发明内容
本发明针对传统的探针馈电来实现微带到基片集成波导的过渡，造成基板厚度大的缺陷，且对基板的厚度要求严格，造成基板选择的不方便的情况，提供一种微带到基片集成波导的平衡式过渡电路，实现了差分信号从微带传输线到基片集成波导传输的多层异面过渡，简化了电路结构，减少厚度，且易于制造，增加了差模带宽，共模抑制效果好，抗干扰能力强以及可靠性高。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：提供一种微带到基片集成波导的平衡式过渡电路，包括第一介质基板、第二介质基板、第一金属贴片以及第二金属贴片；所述过渡电路还包括对称设置于所述第一介质基板上表面两端的输入输出传输线组，每个所述输入/输出传输线组包括镜像设置的两条输入/输出传输线以及与两条输入/输出传输线一一对应连接的两个低阻抗谐振器；所述第二介质基板上设置有多个第一金属化通孔以构成基片集成波导，所述第二介质基板的上表面设置有第一金属贴片以构成输入输出传输线的地，且所述第一金属贴片的两端分别对称设置有两个U型槽，U型槽作为U型谐振器，所述第二金属贴片设置于所述第二介质基板的下表面以构成基片集成波导的地；所述第一介质基板的下表面与所述第二介质基板的上表面连接。
优选地，多个第一金属化通孔围成矩形。
优选地，所述第二介质基板上还包括由多个第二金属化通孔构成的感性窗。
优选地，所述感性窗位于多个第一金属化通孔围成矩形的中心。
优选地，所述感性窗为矩形，由分别位于矩形四个顶点的四组第二金属化通孔组成，每组中包括两个第二金属化通孔。
优选地，设置在所述第一金属贴片的同一端的两个U型槽的中心相距半个波长。
本发明的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路具有以下有益效果:平衡式设计的输入/输出传输线与平衡式设计的U型槽进行耦合，平衡式设计的U型槽又与基片集成波导耦合，实现了差分信号从微带传输线到基片集成波导传输的多层异面的平衡式过渡，这种使用U型槽耦合替代探针对基片集成波导进行馈电的方式，简化了电路结构，减少了厚度，且易于制造。
另外，由于每组U型槽中两U型槽的中心间距为半个波长，一组输入或输出传输线的信号通过相距半波长的U型槽馈入到基片集成波导，使得差分信号通过，共模信号被抑制，提高了对环境噪声的免疫力。
再者，通过在基片集成波导中增加金属化通孔构成的感性窗，增加差模响应的带宽。同时评估了共模信号的抑制能力，具有较好的共模抑制效果。
附图说明
图1为本发明的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路100第一实施例的三维结构示意图；
图2为本发明的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路100第一实施例的侧视图；
图3为本发明的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路100第一实施例中第一介质基板上表面上电路的拓扑结构图；
图4为本发明的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路100第一实施例中第一金属贴片的拓扑结构图；
图5为本发明的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路100第一实施例中基片集成波导的拓扑结构图；
图6为本发明的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路100第一示例的仿真结果图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的解释说明。
图1为本发明的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路100第一实施例的三维结构示意图，如图1所示，在本实施例中，过渡电路100包括第一介质基板1、第二介质基板2、第一金属贴片3、第二金属贴片4、四条输入输出传输线5、四个低阻抗谐振器6。
四条输入/输出传输线5两两一组对称设置于第一介质基板1上表面的两端，且每组中的两条输入/输出传输线5镜像设置(即平衡式设计)，输入/输出传输线5与低阻抗谐振器6一一对应连接。
第二介质基板2上设置有多个第一金属化通孔7，从而构成基片集成波导，多个第一金属化通孔7均匀分布，围成一个矩形。第二介质基板2的上表面上设置有第一金属贴片3，第一金属贴片3为第一介质基板1上表面上设置的输入/输出传输线5的地，第一金属贴片3上开设了四个U型槽8，U型槽8作为U型谐振器使用，两个U型槽8为一组，两组U型槽8对称设置于第一金属贴片3的两端(平衡式设计)，每组中两U型槽8的中心间距为半个波长。
另外，在多个第一金属化通孔7围成的矩形的中心位置还设置有由多个第二金属化通孔9构成的感性窗，优选地，感性窗为矩形，且由设置在其四个顶点的四组第二金属化通孔9组成，每组中包括两个第二金属化通孔9。
第二金属贴片4设置于第二介质基板2的下表面，作为基片集成波导的地。
在本实施例中，第一介质基板1和第二介质基板2的介电常数相同，可以通过例如Ro4003C高频PCB板来实现。在其他实施例中，第一介质基板1和第二介质基板2的介电常数也可以不相同。
参见图2至图5(仅用于举例以及实验测量，不用于限制本发明)，在一个示例中，第一介质基板1的厚度h1＝0.608mm，第二介质基板2厚度h3＝0.813mm。第一介质基板1以及第二介质基板2的介电常数εr＝3.38,长L1＝62mm，宽L2＝18.1mm(示例中第一和第二介质基板的长宽相同)。低阻抗谐振器6为矩形，其长lr＝4.25mm，其宽W2＝4mm，位于同一端的两个低阻抗谐振器6间距ld＝5.8mm。输入输出传输线5的宽度W1＝1.4mm，其分为三节，第一节与低阻抗谐振器6垂直，长度l3＝3.45mm；第二节与第一节垂直，长度l2＝3.5mm；第三节与第二节垂直，长度l1为4.6mm。第一金属贴片3的长宽与介质基板相同，其上位于同一端的两个U型槽8间距Sd＝4.8mm，并且其中靠近第一金属接片3的边缘的U型槽8与第一金属接片3的两垂直边的间距分别为Ls1＝6.2mm，Ls2＝9.45mm，U型槽8的长ls1＝4mm、宽ls2＝2.8mm以及槽线宽度Ws＝0.5mm。在第二介质基板2上，第一金属化通孔7围成的矩形两较短的平行边与第二介质基板2两较短的平行边的距离相等，该距离V1＝2.6mm。在第二介质基板2上，第一金属化通孔7围成的矩形两较长的平行边与第二介质基板2两较长的平行边的距离可等也可不相同，如图5所示为不相等，第一金属化通孔7围成的矩形的一条较长的平行边与第二介质基板2较长的平行边十分靠近，另一条较长的平行边与第二介质基板2与之平行的边之间的距离V2＝4.5mm。如图5所示，矩形的感应窗位于第一金属化通孔7围成的矩形的中心位置，矩形的感应窗距离第一金属化通孔7围成的矩形两垂直边的距离分别为g＝1.55mm以及lv1＝22.65mm，且与第一金属化通孔7围成的矩形的距离为g＝1.55mm的平行边长度为lv2＝9.5mm。第一金属化通孔7和第二金属化通孔9的直径Vd＝0.5mm。通过仿真软件CST(Computer Simulation Technology)对具有上述参数的过渡电路100进行仿真的结果如图6所示，从图6可以看出该过渡满足回波损耗小于15dB的频率范围为9～11GHz,即相对带宽为20％，通带内共模信号抑制在25dB以上。
在本实施例中，平衡式过渡电路实现了差分信号从微带传输线到基片集成波导传输的多层异面过渡，简化了电路结构，减少厚度，且易于制造，增加了差模带宽，共模抑制效果好，抗干扰能力强以及可靠性高。另外，设置于第一介质基板1上表面的输入输出传输线5与位于第二介质基板2上表面的第一金属贴片3上所开设的U型槽8进行耦合，U型槽8又与第二介质基板2与第一金属化通孔7构成的基片集成波导耦合，从而实现了微带传输线到基片集成波导的多层异面过渡，这种使用U型槽8耦合替代探针对基片集成波导进行馈电的方式，简化了电路结构，减少了厚度，且易于制造。另外，由于第一金属贴片3两端的每组U型槽8中两U型槽8的中心间距为半个波长，一组输入输出传输线5的信号通过相距半波长的U型槽8馈入到基片集成波导，使得差分信号通过，共模信号被抑制，提高了对环境噪声的免疫力。再者，通过在基片集成波导中增加金属化通孔构成的感性窗，增加差模响应的带宽。同时评估了共模信号的抑制能力，具有较好的共模抑制效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (6)
1.一种微带到基片集成波导的平衡式过渡电路，其特征在于，包括第一介质基板(1)、第二介质基板(2)、第一金属贴片(3)以及第二金属贴片(4)；所述过渡电路还包括对称设置于所述第一介质基板(1)上表面两端的输入输出传输线组，每个所述输入输出传输线组包括镜像设置的两条输入/输出传输线(5)以及与两条输入/输出传输线(5)一一对应连接的两个低阻抗谐振器(6)；所述第二介质基板(2)上设置有多个第一金属化通孔(7)以构成基片集成波导，所述第二介质基板(2)的上表面设置有第一金属贴片(3)以构成输入输出传输线(5)的地，且所述第一金属贴片(3)的两端分别对称设置有两个U型槽(8)，所述U型槽(8)作为U型谐振器，所述第二金属贴片(4)设置于所述第二介质基板(2)的下表面以构成基片集成波导的地；所述第一介质基板(1)的下表面与所述第二介质基板(2)的上表面连接。
2.根据权利要求1所述的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路，其特征在于，多个第一金属化通孔(7)围成矩形。
3.根据权利要求2所述的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路，其特征在于，所述第二介质基板(2)上还包括由多个第二金属化通孔(9)构成的感性窗。
4.根据权利要求3所述的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路，其特征在于，所述感性窗位于多个第一金属化通孔(7)围成矩形的中心。
5.根据权利要求4所述的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路，其特征在于，所述感性窗为矩形，由分别位于矩形四个顶点的四组第二金属化通孔(9)组成，每组中包括两个第二金属化通孔(9)。
6.根据权利要求1所述的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路，其特征在于，设置在所述第一金属贴片(4)的同一端的两个U型槽(8)的中心相距半个波长。
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Effective date of registration: 20190719 Address after: 226019 Jiangsu city of Nantong province sik Road No. 9 Patentee after: Center for technology transfer, Nantong University Address before: 226019 Jiangsu city of Nantong province sik Road No. 9 Institute of electronic and Information Engineering Nantong University Patentee before: Nantong University |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20191121 Address after: 518110 Longhua Street, Longhua Street, Longhua Street, Longhua Community, Shenzhen City, Guangdong Province, 428 Garden Street, B24 Garden Street, B23B Patentee after: Shenzhen Morning Intellectual Property Operations Co.,Ltd. Address before: 226019 Jiangsu city of Nantong province sik Road No. 9 Patentee before: Center for technology transfer, Nantong University |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200107 Address after: 225300 No. 108 Mingzhu Avenue, Yonganzhou Town, Gaogang District, Taizhou City, Jiangsu Province Patentee after: Lin Yaogeng Address before: 518110 Longhua Street, Longhua Street, Longhua Street, Longhua Community, Shenzhen City, Guangdong Province, 428 Garden Street, B24 Garden Street, B23B Patentee before: Shenzhen Morning Intellectual Property Operations Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20201208 Address after: Room 1101-22, building a, building 4, Nanjing Baixia hi tech Industrial Development Zone, No. 6, Yongzhi Road, Qinhuai District, Nanjing City, Jiangsu Province Patentee after: Jiangsu hairuida Microelectronics Technology Co.,Ltd. Address before: 225300 No. 108 Mingzhu Avenue, Yonganzhou Town, Gaogang District, Taizhou City, Jiangsu Province Patentee before: Lin Yaogeng |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A balanced transition circuit from microstrip to substrate integrated waveguide Granted publication date: 20171229 Pledgee: Bank of China Limited Nanjing Gulou Branch Pledgor: Jiangsu hairuida Microelectronics Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024980003263 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |