CN105390786A - 一种siw传输线 - Google Patents

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Abstract

一种SIW传输线，涉及微波、传输线技术。包括第一传输线、第二传输线和第三传输线，所述第一传输线、第二传输线和第三传输线包括介质基板、设置于介质基板上表面的第一金属覆铜层和设置于介质基板下表面的第二金属覆铜层，所述介质基板上设置有两排相互平行的金属化通孔并且所述金属化通孔贯穿第一金属覆铜层、介质基板、第二金属覆铜层形成基片集成波导；所述第一传输线与第二传输线垂直，第二传输线与第三传输线垂直，SIW传输线呈阶梯状。本发明SIW传输线实现了端口不在同一平面的器件的集成，且其传输性能与等长的传统传输线的性能几乎一致。

Description

一种SIW传输线
技术领域
本发明涉及微波、传输线技术，具体涉及一种X波段SIW传输线。
背景技术
近年来，传输线技术的研究有了很大的发展。继传统波导之后，相继出现了带状线、微带线、槽线等微带型结构。以上几种传输线具有各自的优点和缺陷。传统波导传输功率大，传输性能好，损耗小，但是体积比较大，难以和其他元器件集成；而微带型结构体积较小，易于集成，但是损耗较大。
基片集成波导(SubstrateIntegratedWaveguide.SIW)是一种可集成于介质基片中的新型传输线结构。SIW通常是在介质基板上打两排金属通孔，再在基板两面覆以金属得到的。在保证传输线上能量不泄露的情况下，将通孔阵列等效为金属壁，传输特性则可近似矩形波导分析。SIW结构具有传统波导和微带型结构传输线的优点，即具有低辐射、低插损、较高Q值、高功率容量、小型化、易于连接等优点，且可将无源器件、有源器件和天线等所有通信器件集成在同一衬底上。然而，传统结构的SIW无法满足端口不在同一平面的器件的集成。
发明内容
本发明针对背景技术存在的缺陷，提出了一种X波段(8.2～12.4GHz)的SIW传输线，本发明SIW传输线实现了端口不在同一平面的器件的集成，且该传输线具有与传统SIW传输线相同的传输性能。
本发明的技术方案如下：
一种SIW传输线，包括第一传输线、第二传输线和第三传输线，所述第一传输线、第二传输线和第三传输线包括介质基板、设置于介质基板上表面的第一金属覆铜层和设置于介质基板下表面的第二金属覆铜层，所述介质基板上设置有两排相互平行的金属化通孔并且所述金属化通孔贯穿第一金属覆铜层、介质基板、第二金属覆铜层形成基片集成波导；所述第一传输线与第二传输线垂直，第二传输线与第三传输线垂直，所述SIW传输线呈阶梯状。
进一步地，通过调整第一传输线、第二传输线、第三传输线的结构参数，以及第二传输线的长度，即可控制SIW传输线的传输性能。
进一步地，所述第一传输线与第二传输线连接处的金属化通孔一半位于第一传输线上，另一半位于第二传输线上；所述第二传输线与第三传输线连接处的金属化通孔一半位于第二传输线上，另一半位于第三传输线上。
上述SIW传输线作为端口不在同一平面的器件的连接应用。
上述SIW传输线的设计方法如下：
步骤1：根据X波段矩形波导与圆孔SIW传输线的尺寸等效经验公式 W e f f = W - 1.08 &times; d 2 s + 0.1 &times; d 2 w , ( s d < 2 , d w < 1 8 ) , 得到第一传输线、第二传输线与第三传输线的中心频率f0，金属通孔直径d，相邻金属通孔孔间距s，两排金属化通孔之间的距离w；
步骤2：根据经验公式的限制条件分别对步骤1得到的d、s、w参数，固定其中两个参数，扫描剩下的一个参数，进一步优化第一、第二、第三传输线的尺寸；
步骤3：将步骤2得到的优化尺寸后的第一传输线、第二传输线、第三传输线构建为阶梯状结构，其中第一传输线与第二传输线垂直，第二传输线与第三传输线垂直；然后对第二传输线中金属化通孔的个数进行参数扫描，从而得到本发明SIW传输线的最优尺寸。
本发明的有益效果为：本发明通过将第一传输线、第二传输线和第三传输线这三段基本传输线建立为阶梯状结构，实现了端口不在同一平面的器件的集成，且其传输性能与等长的传统传输线的性能几乎一致。
附图说明
图1为本发明SIW传输线中的第一传输线、第二传输线或第三传输线的俯视图；
图2为本发明提供的SIW传输线的结构示意图；
图3为本发明提供的SIW传输线的S11参数仿真结果；
图4为与本发明SIW传输线等长的传统结构传输线的S11参数仿真结果；
图5为本发明提供的SIW传输线的S12参数仿真结果；
图6为与本发明SIW传输线等长的传统结构传输线的S12参数仿真结果；
图7为本发明提供的SIW传输线的VSWR曲线；
图8为与本发明SIW传输线等长的传统结构传输线的VSWR曲线；
图9为本发明提供的SIW传输线的传播常数；
图10为与本发明SIW传输线等长的传统结构传输线的传播常数；
图11为本发明提供的SIW传输线的衰减常数；
图12为与本发明SIW传输线等长的传统结构传输线的衰减常数。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，详述本发明的技术方案。
如图2所示，为本发明提供的SIW传输线的结构示意图；本发明提供的SIW传输线由三段基本传输线组成，分别为第一传输线、第二传输线和第三传输线，每段基本传输线的俯视图如图1所示，包括介质基板、设置于介质基板上表面的第一金属覆铜层和设置于介质基板下表面的第二金属覆铜层，所述介质基板上设置有两排相互平行的金属化通孔并且所述金属化通孔贯穿第一金属覆铜层、介质基板、第二金属覆铜层形成基片集成波导；所述第一传输线与第二传输线垂直，第二传输线与第三传输线垂直，所述SIW传输线呈阶梯状；通过调整第一传输线、第二传输线、第三传输线的结构参数，以及第二传输线的长度，即可控制SIW传输线的传输性能。
实施例
一种X波段SIW传输线，包括第一传输线、第二传输线和第三传输线，所述第一传输线与第二传输线垂直，第二传输线与第三传输线垂直，所述SIW传输线呈阶梯状；所述第一传输线与第二传输线连接处的金属化通孔为半孔，第二传输线与第一传输线、第三传输线连接处的金属化通孔为半孔，第三传输线与第二传输线连接处的金属化通孔为半孔。
上述X波段SIW传输线的设计过程为：
步骤1：根据X波段矩形波导与圆孔SIW传输线的尺寸等效经验公式 W e f f = W - 1.08 &times; d 2 s + 0.1 &times; d 2 w , ( s d < 2 , d w < 1 8 ) , 得到X波段第一传输线、第二传输线与第三传输线的中心频率f0，金属通孔直径d，相邻金属通孔孔间距s，两排金属化通孔之间的距离w，如图1所示；介质基板相对介电常数为3，损耗正切为0.0013，厚度t＝0.25mm；初调d为0.7mm，s为1.3mm，计算得到w为13.4mm；
步骤2：分别对步骤1得到的d、s、w参数，固定其中两个参数，以较小步长，扫描剩下一个参数，以确定满足三段基本传输线尺寸的最优值；具体地，选择d从0.6mm到0.9mm，步长为0.1mm；选择s从1mm到1.6mm，步长为0.1mm；选择w从12mm到15mm，步长为0.1mm；对以上结果进行筛选：为了使高次模介质频率大于标准波导，则w-d≤13.2mm，并且由于传输线的传输性能需要S11参数小于30dB，S12参数大于0.23dB；综上可得到d＝0.8mm，s＝1.4mm，w＝14mm；
步骤3：将步骤2得到的优化尺寸后的第一传输线、第二传输线、第三传输线构建为阶梯状结构，其中第一传输线与第二传输线垂直，第二传输线与第三传输线垂直；其中，第二传输线的长度为s×(n2-1)，调节第二传输线的长度，对n2进行扫描得到符合要求的最优值；然后调节n2从7变化到13，步长为1，对以上结果进行筛选；由于本发明SIW传输线性能需要S11参数小于30dB，S12参数大于0.3dB；综上，选择n2＝10；
步骤4：SIW传输线中第一传输线中金属通孔的个数n1＝11，第三传输线中金属通孔的个数n3＝11，其中基本传输线连接处的半个金属孔计算为1个，因此，SIW传输线的总长度为s×(n1+n2+n3-3)＝40.6mm。
为了对比本发明提出的SIW传输线与同等长度的传统传输线的传输性能，设计一段长度为s×(n1+n2+n3-3)的基本传输线，即将图1中所示传输线的金属通孔个数设计为(n1+n2+n3-3)。
由附图测试结果可知，本发明SIW传输线的表征回波损耗的S11参数在整个频段小于32.3dB，表征插入损耗的S12参数大于0.135dB，端口驻波系数小于1.049，传播常数大于178.3，衰减常数小于0.276。由图3到图12可知，本发明SIW传输线与同等长度的传统传输线的传输性能参数几乎相同。
综上，通过结构参数的调整可使本发明SIW传输线具有良好的传输性能，且本发明SIW传输线可做成表贴，应用于端口不在同一平面的器件的集成，如应用于叠层SIW中。本发明SIW传输线在保证传输性能的前提下，可实现了端口不在同一平面的器件的连接，使得器件在集成方面有一种新的结构选择方案。

Claims (3)

1.一种SIW传输线，包括第一传输线、第二传输线和第三传输线，所述第一传输线与第二传输线垂直，第二传输线与第三传输线垂直，所述SIW传输线呈阶梯状。
2.根据权利要求1所述的SIW传输线，其特征在于，所述第一传输线与第二传输线连接处的金属化通孔一半位于第一传输线上，另一半位于第二传输线上；所述第二传输线与第三传输线连接处的金属化通孔一半位于第二传输线上，另一半位于第三传输线上。
3.权利要求1或2所述的SIW传输线作为端口不在同一平面的器件的连接应用。
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