CN106099291B - 一种弯曲微带脊基片集成间隙波导结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种弯曲微带脊基片集成间隙波导结构，由过孔层介质板和间隙层介质板粘接而成的双层介质板弯曲微带脊基片集成间隙波导，过孔层介质板的上表面印刷有金属层，下表面设有圆弧弯曲第一微带线，第一微带线采用了圆弧弯曲设计，第一过孔、第二过孔、微型过孔和第一微带线组成弯曲微带脊结构，弯曲微带脊结构的两侧分别均匀设有若干周期性过孔，周期性过孔下设置有金属圆形贴片，间隙层介质板上表面设有圆弧弯曲第二微带线，第二微带线两端分别设有第一渐变线和第二渐变线，间隙层介质板下表面印刷有金属层，本发明解决了弯曲不连续性以及空腔谐振问题，同时具有结构简单，易集成，加工简单，小尺寸，宽带宽，低损耗，结构稳定等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种弯曲微带脊基片集成间隙波导结构。
背景技术
毫米波单片集成电路具有体积小、可靠性高、便于大规模制作的优点，其应用越来越广泛。为了适应毫米波单片集成电路的特点，基片集成间隙波导最新被提出来。在基片集成间隙波导结构中，电磁波只能沿着微带线和金属过孔组成的微带脊传播，其中微带线是主要的传输结构。运用低成本的印刷电路板(PCB)工艺制造基片集成间隙波导，其品质因数可接近非平面波导结构。
微带线是印刷电路板(PCB)上元器件互连的主要互连传输线之一。随着科学技术的迅速发展，电路工作频率不断提高和高速化带来的负效应，对微带线传输特性提出了更高的要求。微带线弯曲是印制线的常见结构，也是典型的印制线阻抗不连续性结构之一。
频率较高的情况下，微带线不连续性产生的电磁辐射是影响电路整体性能的一个重要因素，尤其是在电路尺寸较小，这种辐射效应更为严重。微带线不连续性辐射主要有两个方面的影响：一是增加了电路中的信号损失；二是在电路的不同部分之间由于电磁耦合作用引起了相互干扰。在下面的3种情况下，不连续性辐射的影响会变得非常显著：(1)在单片微波电路中，为了增加电路的密度而引入了更多的拐角和其他的不连续性，寄生的电磁耦合也相应地大幅增加；(2)在微带天线阵列中，馈线网络制作在相对较厚的介质基片上，这会导致大量的耦合辐射；(3)在多芯片模块中，包含拐角和各种结的微带互连线会引入电磁耦合，从而降低RF信号的性能。
目前，研究的不连续性结构主要包括：波导中的感性金属杆、H-面不连续性结构以及各类拐角、波导十字交叉结构、Y-分支结构等等。消除微带线不连续性效应的一种方法是将其等效参数计入电路参考量中，并通过调节其他电路参量，如线的长度和特征阻抗，或用可调谐短截线来补偿该效应。另一种方法是经常采用对导带削角或者斜拼接来直接补偿不连续性，以使其不连续性效应最小。
对于基片集成间隙波导中由微带线和金属过孔组成的微带脊结构，也将不可避免的涉及到弯曲等不连续性结构。
本发明首次在基片集成间隙波导结构中采用弯曲微带脊设计，解决了基片集成间隙波导弯曲处的不连续性问题和空腔谐振问题。
本发明内容，经文献检索，未见与本发明相同的公开报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，设计出一种弯曲微带脊基片集成间隙波导结构。
包括：过孔层介质板，间隙层介质板，其中：
所述过孔层介质板的上表面印刷有金属层，下表面中部横向设有圆弧弯曲第一微带线，所述第一微带线采用了圆弧弯曲设计，所述第一微带线上设置有第一过孔，所述第一微带线的两个圆弧弯曲段分别设置有微型过孔，两个圆弧弯曲段之间的垂直段设有第二通孔，所述第二通孔和第一过孔直径相同，所述微型过孔的直径小于第一过孔和第二通孔，所述第一过孔、第二通孔、微型过孔和第一微带线组成弯曲微带脊结构；所述弯曲微带脊结构的两侧分别均匀设有若干周期性过孔，所述周期性过孔下设置有金属圆形贴片，所述金属圆形贴片的直径略大于周期性过孔，所述周期性过孔和金属圆形贴片组成电磁带隙结构，所述电磁带隙结构位于弯曲微带脊的两侧，所述相邻的第一过孔(7)之间的距离比相邻的电磁带隙结构之间的距离略大；
所述间隙层介质板上表面设有圆弧弯曲第二微带线，所述第二微带线两端分别设有第一渐变线和第二渐变线，所述间隙层介质板下表面印刷有金属层，所述间隙层介质板(2)上的第二微带线(12)的两个圆弧弯曲段(13)之间的长度与所述过孔层介质板(1)的第一微带线(9)上的两个圆弧弯曲段(5)之间的长度相同；
所述过孔层介质板与间隙层介质板粘和在一起形成本发明的弯曲微带脊基片集成间隙波导结构，且粘和时所述过孔层介质板下表面的第一微带线与间隙层介质板上表面的第二微带线重合。
作为优选，所述过孔层介质板的介电常数大于间隙层介质板。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、解决了微带脊弯曲引起的不连续性问题和空腔谐振问题；
2、具有小尺寸，低剖面，易集成，易加工，制造成本低；
3、低损耗，结构稳定，传输性能好；
4、具有较宽的工作带宽。
附图说明
图1为本发明弯曲微带脊基片集成间隙波导结构的结构示意图。
图2为本发明弯曲微带脊基片集成间隙波导结构的过孔层过孔层介质板的上表面示意图。
图3为本发明弯曲微带脊基片集成间隙波导结构的过孔层过孔层介质板的下表面示意图。
图4为本发明弯曲微带脊基片集成间隙波导结构的间隙层间隙层介质板的上表面示意图。
图5为本发明弯曲微带脊基片集成间隙波导结构的间隙层间隙层介质板的下表面示意图。
图6为本发明弯曲微带脊基片集成间隙波导结构的截面图。
图7为本发明弯曲微带脊基片集成间隙波导结构的S11和S21仿真和测试图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
如图1-6所示，一种弯曲微带脊基片集成间隙波导结构，包括：过孔层介质板1，间隙层介质板2，其中：
过孔层介质板1的上表面印刷有金属层；下表面中部横向设有圆弧弯曲第一微带线9，第一微带线9采用了圆弧弯曲设计，第一微带线9上设置有第一过孔7，两个圆弧弯曲段5分别设置有微型过孔6，两个圆弧弯曲段5之间的垂直段设有第二通孔8，微型过孔6直径比第一过孔7小，圆弧弯曲设计与过孔6解决了弯曲产生的不连续性问题和空腔谐振问题，第一过孔7、微型过孔6、第二通孔8和第一微带线9组成弯曲微带脊结构；在弯曲微带脊结构的两侧分别设有若干周期性过孔3；周期性过孔3下设置有金属圆形贴片4，金属圆形贴片4的直径略大于周期性过孔3，周期性过孔3和金属圆形贴片4组成电磁带隙(EBG)结构，EBG结构位于弯曲微带脊的两侧；第一过孔7的周期比EBG结构的周期略大(即所述相邻的第一过孔(7)之间的距离比相邻的电磁带隙结构之间的距离略大)；间隙层介质板2上表面设有圆弧弯曲第二微带线12，第二微带线12两端分别设有第一渐变线10和第二渐变线11，间隙层介质板2下表面印刷有金属层；根据需要，第一微带线9上的两个圆弧弯曲段5之间可以采用不同的长度，所述间隙层介质板(2)上的第二微带线(12)的两个圆弧弯曲段(13)之间的长度与所述过孔层介质板(1)上的两个圆弧弯曲段(5)之间的长度相同；过孔层介质板1与间隙层介质板2粘和在一起形成本发明的弯曲微带脊基片集成间隙波导结构，且粘和时过孔层介质板1下表面的第一微带线9与间隙层介质板2上表面的第二微带线12重合。
如上所述过孔层介质板1采用介电常数为6.15、损耗角正切为0.0027的RT/Duroid6006介质材料，尺寸为19.184mm×12.874mm×0.635mm，间隙层介质板2采用介电常数为2.94、损耗角正切为0.0012的RT/Duroid 6002介质材料，尺寸为26.984mm×12.874mm×0.254mm；过孔层介质板1的介电常数大于间隙层介质板2的介电常数，以降低工作频率和插入损耗；间隙层介质板2用做间隙层，实现了稳定的间隙高度；第一渐变线10和第二渐变线11使弯曲微带脊基片集成间隙波导的特性阻抗随频率变化保持稳定，便于集成。
如上所述的EBG结构在谐振频率附近表现为高阻状态，而且对入射电磁波具有同相反射作用，可以防止能量外泄，避免外部电磁场的干扰。
如上所述的弯曲微带脊基片集成间隙波导具有准TEM模式，可实现更简单的传输以及更好的性能。
图7所示的仿真和测试结果表明，在毫米波频段25.40GHz-48.77GHz内，本发明的基片集成间隙波导具有S11小于-10dB，大部分小于-20dB的阻抗特性，S21大于-1.2dB，大部分大于-0.6dB的传输特性，是一种尺寸小、结构简单、便于集成的宽带低耗弯曲微带脊基片集成间隙波导。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (2)
1.一种弯曲微带脊基片集成间隙波导结构，其特征在于，包括过孔层介质板(1)，间隙层介质板(2)，其中：
所述过孔层介质板(1)的上表面印刷有金属层，下表面中部横向设有圆弧弯曲第一微带线(9)，所述第一微带线(9)采用了圆弧弯曲设计，所述第一微带线(9)上设置有第一过孔(7)，所述第一微带线(9)的两个圆弧弯曲段(5)分别设置有微型过孔(6)，两个圆弧弯曲段(5)之间的垂直段设有第二通孔(8)，所述第二通孔(8)和第一过孔直径相同，所述微型过孔(6)的直径小于第一过孔(7)和第二通孔(8)，所述第一过孔(7)、第二通孔(8)、微型过孔(6)和第一微带线(9)组成弯曲微带脊结构；所述弯曲微带脊结构的两侧分别均匀设有若干周期性过孔(3)，所述周期性过孔(3)下设置有金属圆形贴片(4)，所述金属圆形贴片(4)的直径略大于周期性过孔(3)，所述周期性过孔(3)和金属圆形贴片(4)组成电磁带隙结构，所述电磁带隙结构位于弯曲微带脊的两侧，所述相邻的第一过孔(7)之间的距离比相邻的电磁带隙结构之间的距离略大；
所述间隙层介质板(2)上表面设有圆弧弯曲第二微带线(12)，所述第二微带线(12)两端分别设有第一渐变线(10)和第二渐变线(11)，所述间隙层介质板(2)下表面印刷有金属层，所述间隙层介质板(2)上的第二微带线(12)的两个圆弧弯曲段(13)之间的长度与所述过孔层介质板(1)的第一微带线(9)上的两个圆弧弯曲段(5)之间的长度相同；
所述过孔层介质板(1)与间隙层介质板(2)粘和在一起形成弯曲微带脊基片集成间隙波导结构，且粘和时所述过孔层介质板(1)下表面的第一微带线(9)与间隙层介质板(2)上表面的第二微带线(12)重合。
2.根据权利要求1所述的一种弯曲微带脊基片集成间隙波导结构，其特征在于：所述过孔层介质板(1)的介电常数大于间隙层介质板(2)。
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