CN105680136A - 共面波导到槽线到基片集成非辐射介质波导的过渡电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共面波导到槽线到基片集成非辐射介质波导的过渡电路，是一种由一层改进的共面波导到槽线的过渡电路和三层基片集成非辐射介质波导构成的三层电路结构，改进的共面波导到槽线的过渡电路通过三角形渐变结构接入基片集成非辐射介质波导；底层介质板的两端还开了矩形槽，在稳定电路的同时避免了对改进的共面波导到槽线的过渡电路性能的影响；从底层金属层两端开的梯形槽，与中间介质板处的三角形渐变结构相吻合，更好的实现过渡处的阻抗匹配。本发明能顺利实现改进的共面波导到槽线到基片集成非辐射介质波导的过渡，同时实现了微波毫米波混合多层电路的集成，有利于毫米波频段电路的设计，制作工艺简单，成本低廉。

Description

共面波导到槽线到基片集成非辐射介质波导的过渡电路

技术领域

本发明涉及一种共面波导到槽线到基片集成非辐射介质波导的过渡电路，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损耗和泄露损耗，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，提出一种过渡电路，顺利实现微波毫米波混合多层电路的实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种共面波导到槽线到基片集成非辐射介质波导的过渡电路，是用改进的共面波导到槽线的过渡电路再集成到基片集成非辐射介质波导，形成了一个三层的微波毫米波电路结构。

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槽线到基片集成非辐射介质波导的过渡电路，包括顶层介质板、中间层介质板、底层介质板、顶层金属层、底层金属层，顶层介质板、中间层介质板和底层介质板同轴堆叠放置；顶层介质板的长度小于中间层介质板和底层介质板、宽度小于或等于中间层介质板和底层介质板；

顶层金属层设置在顶层介质板的上表面，底层金属层设置在底层介质板的下表面；在顶层介质板、中间层介质板、底层介质板的重叠区域，沿长边方向对折线预留一条介质条带，在介质条带的两侧对称设置阵列式空气通孔，从而构成基片集成非辐射介质波导；其中，顶层金属层的一对短边与顶层介质板的一对短边之间分别保留相同宽度不设置金属层，底层金属层与顶层金属层在底层介质板的下表面的投影重合；

中间层介质板与顶层介质板的未重叠区域，中间层介质板的上表面，从中间介质板的一个短边开始，沿长边方向对折线向内延伸设置一条中心导带，中心导带的末端处设置与其垂直相交的金属支节，中心导带与金属支节的两侧分别设置第一、第二金属接地板，第一、第二金属接地板之间存在间隙，第一金属接地板与中心导带之间存在间隙，第二金属接地板与中心导带、金属支节之间均存在间隙，金属支节及其与第二金属接地板之间的间隙构成共面波导的开路支节，开路支节中远离前述中间介质板的一个短边的边沿与前述中间介质板的一个短边之间的距离小于中心导带的长度，第一、第二金属接地板之间的间隙构成槽线，第一、第二金属接地板中靠近中间层介质板短边方向对折线的边沿与顶层金属层在中间层介质板上的投影的边沿重合；中间层介质板的下表面，设置有垂直于中心导带且位于开路支节与前述中间介质板的一个短边之间的第一、第二金属条带，每条金属条带的两端均设置有连通金属条带与第一和第二金属接地板的金属通孔，其中，紧靠开路支节的金属通孔与开路支节相切；中间层介质板上，中心导带、第一和第二金属接地板、开路支节、槽线、第一和第二金属条带、金属通孔，构成共面波导到槽线的过渡电路；中间层介质板的另一个短边处，向内设置相同的共面波导到槽线的过渡电路，两个共面波导到槽线的过渡电路关于中间层介质板短边方向对折线对称；

中间层介质板的上表面，在槽线靠近基片集成非辐射介质波导的一端设置第一三角形渐变结构，以调整槽线宽度、实现阻抗匹配；在两个共面波导到槽线的过渡电路靠近基片集成非辐射介质波导的一端分别向内设置第二三角形渐变结构，以将共面波导到槽线的过渡电路接入基片集成非辐射介质波导；

底层介质板下表面，从底层金属层的一对短边开始，分别向内开梯形槽，以与中间层介质板上的第二三角形渐变结构相匹配，其中，梯形槽关于长边方向对折线对称。

作为本发明的进一步优化方案，空气通孔的尺寸和空气通孔之间的间距根据电路的工作频率确定。

作为本发明的进一步优化方案，第二三角形渐变结构位于基片集成非辐射介质波导中预留的介质条带的区域内。

作为本发明的进一步优化方案，第一三角形渐变结构位于顶层介质板与中间层介质板的重叠区域。

作为本发明的进一步优化方案，从底层介质板的一对短边开始分别向内开矩形槽，以稳定电路，其中，矩形槽关于长边方向对折线对称。

作为本发明的进一步优化方案，顶层介质板的厚度是中间层介质板和底层介质板厚度之和。

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：本发明简化了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，放置在中间介质基板上改进的共面波导到槽线的过渡电路集成在介质板的两端，减小了电路之间产生的电磁干扰；多层电路的集成实现了电路的平面化，简化了制作工艺的同时还减小了相应的加工成本；同时，本发明采用三层电路结构，充分利用空间，并且将改进的共面波导到槽线的过渡电路从基片集成非辐射介质波导的中间接入，可以实现较好的过渡性能。同时制作工艺简单、灵活，可以实现改进的共面波导到槽线到基片集成非辐射介质波导三层过渡电路，为微波毫米波段混合集成多层电路的设计提供了依据。

附图说明

图1是本发明的三维结构图。

图2是本发明的俯视图和侧视图，其中，（a）是俯视图，（b）是侧视图。

其中，1-中心导带；2-中心导带与金属接地板之间的间隙；3-金属条带；4-金属通孔；5-金属接地板；6-矩形槽；7-第二三角形渐变结构；8-第一三角形渐变结构；9-梯形槽；10-空气通孔之间的间距；11-空气通孔的直径；12-底层介质板；13-中间层介质板；14-顶层介质板。

图3是顶层介质板的俯视图。

图4是中间层介质板的俯视图。

图5是共面波导到槽线过渡电路的结构图。

图6是中间层介质板的仰视图。

图7是底层介质板的仰视图。

图8是本实施例的仿真磁场分布图。

图9是本发明实施例的仿真和测量的S参数图。

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：

本发明提供一种本发明是一种由一层改进的共面波导到槽线的过渡电路和三层基片集成非辐射介质波导构成的三层电路结构，如图1至7所示，其中改进的共面波导到槽线的过渡电路和基片集成非辐射介质波导集成在同一介质板上；改进的共面波导到槽线的过渡电路集成在整个电路的中间层，通过三角形渐变结构将改进的共面波导到槽线的过渡电路接入基片集成非辐射介质波导，同时在调整过渡电路处的槽线宽度时，也使用三角形渐变来实现阻抗匹配；底层介质板的两端还开了矩形槽，在稳定电路的同时避免了对改进的共面波导到槽线的过渡电路性能的影响；从底层金属层的一对短边开始，分别向内开梯形槽，与中间介质基板处的三角形渐变相吻合，更好的实现过渡处的阻抗匹配。对称放置在介质板的两端的改进的共面波导到槽线的过渡电路尺寸相同，避免了电路之间的电磁干扰。

基片集成非辐射介质波导是直接在三层的介质板上实现的，其制作方法是：将三层的介质板及其上下表面的金属层作为传统非辐射介质波导的金属板，介质板的中间区域留出一条介质条带，在介质条带两侧设计一系列空气通孔，从而构成基片集成非辐射介质波导。其中，空气通孔数量由印刷电路板尺寸决定；空气通孔的直径和间距与电路工作频率相关。

本发明中，顶层介质板的厚度是中间层介质板和底层介质板厚度之和。中间层介质板上集成的改进的共面波导到槽线的过渡电路和基片集成非辐射介质波导有相同的工作频率。

本发明的实施例中，改进的共面波导到槽线的过渡电路所在的介质基板厚为0.635mm、相对介电常数为6.15；三层介质基板的总厚度为6.35mm（底层介质板厚度为2.54mm、中间层为0.635mm、上层为3.175mm），相对介电常数为6.15；三角形渐变线的长度为4.85mm，改变槽线宽度处的渐变线的长度为1.8mm，利用三维电磁仿真软件仿真的过渡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15.5GHz），如图8所示。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，并且可以混合集成到多层电路中；进一步，本发明提出的改进的共面波导到槽线再到基片集成波导的过渡电路，可以有效实现电路的平面化和微波毫米波多层电路的混合集成，相应的仿真结果如图9所示，可以看出实现了过渡带宽为3GHz，其中在过渡带宽内回波损耗较低，可以达到-20dB以下，说明了该过渡电路具有较好的传输性能。

改进的共面波导到槽线再到基片集成非辐射介质波导的过渡电路充分利用空间，减少了电路之间产生的电磁干扰，并且从中间接入到基片集成非辐射介质波导，可以获得较好的过渡性能。同时这种过渡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，集成在中间介质基板两端改进的共面波导到槽线的过渡电路，降低了电路之间的耦合和干扰。因此，本发明为微波毫米波频段混合集成多层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 (6)

1.共面波导到槽线到基片集成非辐射介质波导的过渡电路，其特征在于，包括顶层介质板、中间层介质板、底层介质板、顶层金属层、底层金属层，顶层介质板、中间层介质板和底层介质板同轴堆叠放置；顶层介质板的长度小于中间层介质板和底层介质板、宽度小于或等于中间层介质板和底层介质板；

顶层金属层设置在顶层介质板的上表面，底层金属层设置在底层介质板的下表面；在顶层介质板、中间层介质板、底层介质板的重叠区域，沿长边方向对折线预留一条介质条带，在介质条带的两侧对称设置阵列式空气通孔，从而构成基片集成非辐射介质波导；其中，顶层金属层的一对短边与顶层介质板的一对短边之间分别保留相同宽度不设置金属层，底层金属层与顶层金属层在底层介质板的下表面的投影重合；

中间层介质板与顶层介质板的未重叠区域，中间层介质板的上表面，从中间介质板的一个短边开始，沿长边方向对折线向内延伸设置一条中心导带，中心导带的末端处设置与其垂直相交的金属支节，中心导带与金属支节的两侧分别设置第一、第二金属接地板，第一、第二金属接地板之间存在间隙，第一金属接地板与中心导带之间存在间隙，第二金属接地板与中心导带、金属支节之间均存在间隙，金属支节及其与第二金属接地板之间的间隙构成共面波导的开路支节，开路支节中远离前述中间介质板的一个短边的边沿与前述中间介质板的一个短边之间的距离小于中心导带的长度，第一、第二金属接地板之间的间隙构成槽线，第一、第二金属接地板中靠近中间层介质板短边方向对折线的边沿与顶层金属层在中间层介质板上的投影的边沿重合；中间层介质板的下表面，设置有垂直于中心导带且位于开路支节与前述中间介质板的一个短边之间的第一、第二金属条带，每条金属条带的两端均设置有连通金属条带与第一和第二金属接地板的金属通孔，其中，紧靠开路支节的金属通孔与开路支节相切；中间层介质板上，中心导带、第一和第二金属接地板、开路支节、槽线、第一和第二金属条带、金属通孔，构成共面波导到槽线的过渡电路；中间层介质板的另一个短边处，向内设置相同的共面波导到槽线的过渡电路，两个共面波导到槽线的过渡电路关于中间层介质板短边方向对折线对称；

中间层介质板的上表面，在槽线靠近基片集成非辐射介质波导的一端设置第一三角形渐变结构，以调整槽线宽度、实现阻抗匹配；在两个共面波导到槽线的过渡电路靠近基片集成非辐射介质波导的一端分别向内设置第二三角形渐变结构，以将共面波导到槽线的过渡电路接入基片集成非辐射介质波导；

底层介质板下表面，从底层金属层的一对短边开始，分别向内开梯形槽，以与中间层介质板上的第二三角形渐变结构相匹配，其中，梯形槽关于长边方向对折线对称。

2.根据权利要求1所述的共面波导到槽线到基片集成非辐射介质波导的过渡电路，其特征在于，空气通孔的尺寸和空气通孔之间的间距根据电路的工作频率确定。

3.根据权利要求1所述的共面波导到槽线到基片集成非辐射介质波导的过渡电路，其特征在于，第二三角形渐变结构位于基片集成非辐射介质波导中预留的介质条带的区域内。

4.根据权利要求1所述的共面波导到槽线到基片集成非辐射介质波导的过渡电路，其特征在于，第一三角形渐变结构位于顶层介质板与中间层介质板的重叠区域。

5.根据权利要求1所述的共面波导到槽线到基片集成非辐射介质波导的过渡电路，其特征在于，从底层介质板的一对短边开始分别向内开矩形槽，以稳定电路，其中，矩形槽关于长边方向对折线对称。

6.根据权利要求1所述的共面波导到槽线到基片集成非辐射介质波导的过渡电路，其特征在于，顶层介质板的厚度是中间层介质板和底层介质板厚度之和。