CN106410344A - 一种新型基片集成间隙波导结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型基片集成间隙波导结构，属于电子技术领域。其中：介质板（1）的上表面涂有金属层；介质板（1）的下表面涂有金属圆形贴片（4），下表面的中间位置有微带线（6）；在介质板（1）的中间位置打一排周期性的过孔（5），过孔（5）和微带线（6）组成微带脊结构（5、6）；周期性的过孔（3）和附在其下的金属圆形贴片（4）组成EBG结构（3、4），EBG结构（3、4）对称位于微带脊（5、6）的两侧；在介质板（2）上表面中间位置有微带线（9）和渐变线（7、8），介质板（2）下表面涂有金属层。本发明基片集成间隙波导结构具有尺寸小，结构简单，易集成，宽带宽，低损耗和结构稳定等优点。

Description

一种新型基片集成间隙波导结构
技术领域
本发明涉及新型基片集成间隙波导结构，属于电子技术领域。
背景技术
随着电子技术领域的高速发展，波导元件的小型化已成为一种趋势。间隙波导作为标准的金属波导的一个平面化解决方案被提出来。目前，已经有三种结构的间隙波导：微带间隙线波导、脊凹槽波导和脊间隙波导。微带间隙波导传输频带较窄；脊凹槽波导不太便于推广；脊间隙波导带宽较宽，无空腔谐振，不需要封装，但不便于集成。
近年来，由于基片集成波导（SIW）具有低剖面、小尺寸和易于平面集成等特性，使之在无源器件设计中得到了广泛的应用,出现了大量基于SIW的滤波器、功分器、天线及直线阵列。但是，基片集成波导（SIW）在工作频带内会引起非常高的特性阻抗，这样就会与电路系统发生冲突，因此需要一个复杂的过渡结构来实现阻抗匹配。
如果将上述的脊间隙波导和基片集成波导（SIW）结合在一起，无疑可以解决脊间隙波导的集成问题，若能同时实现稳定的特性阻抗，则不需要复杂的过渡结构。本发明首次将脊间隙波导和基片集成波导（SIW）结合，提出了一种新型基片集成间隙波导结构,解决了脊间隙波导的集成问题以及基片集成波导（SIW）的阻抗匹配问题。
本发明设计的一种新型基片集成间隙波导结构，经文献检索，未见与本发明相同的公开报道。
发明内容
本发明针对背景技术存在的缺陷，设计出一种新型基片集成间隙波导结构。
本发明的新型基片集成间隙波导结构如图1所示，包括：介质板（1），介质板（2），金属过孔（3、5），金属圆形贴片（4），微带线（6、9）和渐变线（7、8）；其中：
a. 介质板（1）为长方体，也称为过孔层介质板；在介质板（1）的上表面涂有金属层；介质板（1）的下表面涂有金属圆形贴片（4），下表面的中间位置有微带线（6）；在介质板（1）的中间位置打一排周期性的过孔（5），过孔（5）和微带线（6）组成微带脊结构（5、6）；在过孔（5）的两侧分别打3排周期性的过孔（3）；周期性的过孔（3）和附在其下的金属圆形贴片（4）组成EBG结构（3、4），EBG结构（3、4）对称位于微带脊（5、6）的两侧；过孔（5）的周期比EBG结构（3、4）的周期略大；
b. 介质板（2）为长方体，也称为间隙层介质板；在介质板（2）上表面中间位置有微带线（9）和渐变线（7、8），介质板（2）下表面涂有金属层；
c. 介质板（1）与介质板（2）粘合在一起, 粘和时介质板（1）下表面的微带线（6）与介质板（2）上表面的微带线（9）重合；
如上所述介质板（1）与介质板（2）粘和在一起形成本发明的新型基片集成间隙波导结构。
如上所述介质板（1）与介质板（2）使用不同的介质材料，介质板（1）的介电常数大于介质板（2）的介电常数，以降低工作频率和插入损耗；介质板（2）用做间隙层，实现了稳定的间隙高度；介质板（2）上表面中间位置放置的渐变线（7、8）使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；
根据需要，如上所述的EBG结构（3、4）可以采用不同的排数；
如上所述的EBG结构（3、4）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。
如上所述的新型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。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、具有小尺寸，低剖面，易集成，易加工，制造成本低；
2、低损耗，结构稳定，传输性能好；
3、具有较宽的工作带宽，工作频率范围为25.4GHz-48.77GHz。
附图说明
图1为本发明基片集成间隙波导结构示意图。
图2为本发明过孔层介质板（1）的上表面图。
图3为本发明过孔层介质板（1）的下表面图。
图4为本发明间隙层介质板（2）的上表面图。
图5为本发明间隙层介质板（2）的下表面图。
图6为本发明基片集成间隙波导结构正视图。
图7为本发明基片集成间隙波导的S11和S21仿真和测试图。
图8为本发明基片集成间隙波导的S21仿真和测试图。
具体实施方式
本发明的新型基片集成间隙波导结构如图1所示，包括：介质板（1），介质板（2），金属过孔（3、5），金属圆形贴片（4），微带线（6、9）和渐变线（7、8）；其中：
a. 介质板（1）为长方体，也称为过孔层介质板；在介质板（1）的上表面涂有金属层；介质板（1）的下表面涂有金属圆形贴片（4），下表面的中间位置有微带线（6）；在介质板（1）的中间位置打一排周期性的过孔（5），过孔（5）和微带线（6）组成微带脊结构（5、6）；在过孔（5）的两侧分别打3排周期性的过孔（3）；周期性的过孔（3）和附在其下的金属圆形贴片（4）组成EBG结构（3、4），EBG结构（3、4）对称位于微带脊（5、6）的两侧；过孔（5）的周期比EBG结构（3、4）的周期略大；
b. 介质板（2）为长方体，也称为间隙层介质板；在介质板（2）上表面中间位置有微带线（9）和渐变线（7、8），介质板（2）下表面涂有金属层；
c. 介质板（1）与介质板（2）粘合在一起, 粘和时介质板（1）下表面的微带线（6）与介质板（2）上表面的微带线（9）重合；
如上所述介质板（1）与介质板（2）粘和在一起形成本发明的新型基片集成间隙波导结构。
如上所述介质板（1）与介质板（2）使用不同的介质材料，介质板（1）的介电常数大于介质板（2）的介电常数，以降低工作频率和插入损耗；介质板（2）用做间隙层，实现了稳定的间隙高度；介质板（2）上表面中间位置放置的渐变线（7、8）使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；
根据需要，如上所述的EBG结构（3、4）可以采用不同的排数；
如上所述的EBG结构（3、4）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。
如上所述的新型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。
本发明基片集成间隙波导结构具有很好的紧凑性，介质板（1）采用介电常数为6.15、损耗角正切为0.0027的RT/Duroid 6006介质材料，尺寸为19.184mm*9.088mm*0.635mm，介质板（2）采用介电常数为2.94和损耗角正切为0.0012的RT/Duroid 6002介质材料，尺寸为26.984mm*9.088mm*0.254mm。图6和图7所示的仿真和测试结果表明，在毫米波频段25.40GHz-48.77GHz内，本发明的新型基片集成间隙波导具有S11小于-15dB，大部分小于-20dB的阻抗特性，和 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基片集成间隙波导。

Claims (5)

1.一种新型基片集成间隙波导结构，包括：介质板（1），介质板（2），金属过孔（3、5），金属圆形贴片（4），微带线（6、9）和渐变线（7、8）；其中：
a. 介质板（1）为长方体，也称为过孔层介质板；在介质板（1）的上表面涂有金属层；介质板（1）的下表面涂有金属圆形贴片（4），下表面的中间位置有微带线（6）；在介质板（1）的中间位置打一排周期性的过孔（5），过孔（5）和微带线（6）组成微带脊结构（5、6）；在过孔（5）的两侧分别打3排周期性的过孔（3）；周期性的过孔（3）和附在其下的金属圆形贴片（4）组成EBG结构（3、4），EBG结构（3、4）对称位于微带脊（5、6）的两侧；过孔（5）的周期比EBG结构（3、4）的周期略大；
b. 介质板（2）为长方体，也称为间隙层介质板；在介质板（2）上表面中间位置有微带线（9）和渐变线（7、8），介质板（2）下表面涂有金属层；
c. 介质板（1）与介质板（2）由粘合在一起, 粘和时介质板（1）下表面的微带线（6）与介质板（2）上表面的微带线（9）重合。
2.根据权利要求 1 所述的一种新型基片集成间隙波导结构，其特征在于：介质板（1）与介质板（2）使用不同的介质材料，介质板（1）的介电常数大于介质板（2）的介电常数；介质板（2）用做间隙层，使基片集成间隙波导具有稳定的间隙高度；介质板（2）上表面中间位置放置的渐变线（7、8）使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。
3.根据权利要求 1和2 所述的一种新型基片集成间隙波导结构，其特征在于：根据需要，所述的EBG结构（3、4）可以采用不同的排数。
4.根据权利要求 1、2和3 所述的一种新型基片集成间隙波导结构，其特征在于：所述的EBG结构（3、4）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。
5.根据权利要求 1、2、3和4 所述的一种新型基片集成间隙波导结构，其特征在于：所述的新型基片集成间隙波导具有准TEM传输模式。
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