CN106848519B - 一种人工复合介质填充的介质集成悬置线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工复合介质填充的介质集成悬置线，包括：填充介质和介质集成悬置线平台，其中，介质集成悬置线平台包括：多层自上而下叠压的双面印制电路板，中间层电路板的上、下表面可用于放置平面电路；顶层电路板和底层电路板的两面均覆铜，作为介质集成悬置线的上、下盖板；其余电路板可以镂空处理，使得顶层电路板与中间层电路板之间形成空气腔体结构，中间层电路板和底层电路板之间的镂空区域用于填充介质材料，实现了集成悬置线自封装、损耗低、易于与平面电路集成、电路体积小、成本低、重量轻的技术效果。

Description

一种人工复合介质填充的介质集成悬置线

技术领域

本发明涉及悬置线研究领域，具体地，涉及一种人工复合介质填充的介质集成悬置线。

背景技术

随着现代通讯和雷达技术的快速发展，对微波毫米波系统的高性能、小型化、轻量化、平面化、模块化及可靠性等均提出了越来越高的要求。传输线作为微波毫米波电路与系统最基本的组成部分，其大小、损耗、传输等特性直接或间接的决定了微波毫米波电路与系统的大小和性能的优良。

波导悬置线是一种性能优良的传输线，与其它平面传输线相比，由于其较大的交叉截面以及较小的电流密度，金属损耗大大降低。通常采用较薄的介质以便使等效介电常数尽量的低，从而使主体电场分布于空气腔，并减小了传输线的色散和介质损耗。同时使用金属腔体封装，使得波导悬置线几乎没有辐射。然而，波导悬置线也存在固有的实现缺点。主要是，它与传统的波导类似，都需要加工机械盒体以形成必须的两个或以上的空气腔，同时满足必要的机械支撑、阻抗要求以及电磁屏蔽。而波导悬置线更为复杂的要求是，需要机械加工必要的信号导线或者是通过电路板实现信号导线，并需要将其与金属导体腔体进行机械组装后才能形成。这个装配往往有一定的精度要求，需要一些类似于定位孔、定位销、螺栓、螺母等附属机械部件来完成组装，因此需要额外的机械加工和装配工作。波导悬置线电路的另一缺点是，由于电磁场存在于空气腔中，使得有效介电常数趋近于1，所以通常传输线元件的尺寸较大。因此，传统的波导悬置线电路加工成本高昂，后期需要机械装配，体积大且相对笨重，难以形成规模生产，这些缺点严重制约了波导悬置线的进一步发展和应用，使得这一优良的传输线电路以及基于其实现的高性能电路与系统主要局限于军用高成本系统中。

综上所述，本申请发明人在实现本申请发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在现有技术中，现有的波导悬置线存在重量大、体积大、成本高和不易装配的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种人工复合介质填充的介质集成悬置线，解决了现有的波导悬置线存在重量大、体积大、成本高和不易装配的技术问题，实现了集成悬置线自封装、损耗低、易于与平面电路集成、电路体积小、成本低、重量轻的技术效果。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种人工复合介质填充的介质集成悬置线，所述悬置线包括：

填充介质和介质集成悬置线平台，其中，介质集成悬置线平台包括：多层自上而下叠压的双面印制电路板，中间层电路板的上、下表面可用于放置平面电路；顶层电路板和底层电路板的两面均覆铜，作为介质集成悬置线的上、下盖板；其余电路板可以镂空处理，使得顶层电路板与中间层电路板之间形成空气腔体结构，中间层电路板和底层电路板之间的镂空区域用于填充介质材料，其余电路板指除顶层电路板和底层电路板之外的电路板。

优选的，为了提高设计的灵活性，使用多层电路板的思想，所述填充介质表面覆铜，可以用于放置耦合结构。

其中，本发明所述的人工复合介质填充的介质集成悬置线技术不受电路板加工工艺所限制，可以使用标准的印刷电路板工艺，还可以使用低温共烧陶瓷（LTCC）工艺。

进一步的，本发明所述的人工复合介质填充的介质集成悬置线技术不受填充叠压电路板层数所限制，可以叠压六层电路板，也可以叠压七层电路板，还可以叠压更多层电路板。

进一步的，本发明所述的人工复合介质填充的介质集成悬置线技术不受填充介质种类所限制，可以填充同一种介质，也可以填充多种不同介质。

进一步的，本发明所述的人工复合介质填充的介质集成悬置线技术不受填充介质层数所限制，可以填充两层介质，两层介质分别填充在第四层电路板和第五层电路板的镂空区域；也可以填充三层介质，相应的需要七层电路板叠压固定，三层介质分别填充在第四层、第五层和第六层电路板的镂空区域；还可以填充更多层介质。

进一步的，本发明所述的人工复合介质填充的介质集成悬置线技术不受填充介质方式所限制，可以是第四层电路板和第五层电路板被镂空的区域分别填充不同介质材料；也可以是第四层电路板的镂空区域填充介质材料，第五层电路板的镂空区域不填充介质材料；还可以是第四层电路板的镂空区域不填充介质材料，第五层电路板的镂空区域填充介质材料。

进一步的，本发明所述的人工复合介质填充的介质集成悬置线技术不受填充介质形状所限制，可以填充长方体形状的介质，也可以填充圆柱体形状的介质，还可以填充六棱柱形状的介质。

进一步的，本发明所述的人工复合介质填充的介质集成悬置线技术不受电路板板材所限制，可以使用价格低廉的板材FR4，也可以使用微波板材Rogers5880，还可以使用陶瓷基片。

进一步的，本发明所述的人工复合介质填充的介质集成悬置线技术不受馈电方式所限制，可以通过在中间层电路板的上层金属放置馈线，中间层电路板的下层金属挖槽，激励谐振腔产生谐振模式；也可以在中间层电路板的金属层和填充介质的金属层上放置感应图案，通过磁耦合的方式对介质填充谐振腔进行激励。

进一步的，本发明所述的人工复合介质填充的介质集成悬置线技术不受放置电路形式所限制，可以在中间层金属板上、下表面放置无源平面电路，也可以在顶层电路板和中间层路板之间的空气腔体放置有源器件。

进一步的，本发明所述的人工复合介质填充的介质集成悬置线技术不受所能实现的功能所限制，可以顶层电路板与底层电路板双面全部覆铜，作为上下盖板，用于设计谐振器、滤波器或振荡器；也可以在底层电路板上、下表面的覆铜开槽，内部设置辐射单元，用于设计天线。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明所述的人工复合介质填充的介质集成悬置线，与现有技术相比，具有如下技术效果：

1、采用介质集成悬置线，具有自封装、损耗低的优点。

2、易于与平面电路集成，中间层金属板上、下表面放置无源平面电路，顶层电路板和中间层电路板之间的空气腔体可以放置有源器件。

3、中间层电路板和底层电路板之间被镂空的区域可以填充高介电常数的介质材料，电路体积小。

4、介质填充谐振腔具有金属波导谐振器的优点，相比平面电路谐振器拥有更高的品质因数。

5、使用电路板的形式加工，成本低、重量轻。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是为本发明提供的人工复合介质填充的介质集成悬置线的截面视图；

图2是为本发明提供的人工复合介质填充的介质集成悬置线的三维立体视图；

图3是为本发明提供的人工复合介质填充的介质集成悬置线第三层电路板的俯视图；

图4是为本发明提供的人工复合介质填充的介质集成悬置线第三层电路板的仰视图。

图5 (a) 可用作本发明介质填充方式示例一，第四层电路板与第五层电路板镂空区域填充不同介质；

图5 (b) 可用作本发明介质填充方式示例二，第四层电路板镂空区域不填充介质，第五层电路板镂空区域填充介质；

图5 (c) 可用作本发明介质填充方式示例三，第四层电路板镂空区域填充介质，第五层电路板镂空区域不填充介质；

图5 (d) 可用作本发明介质填充方式示例四，填充三层不同介质；

图6 (a) 可用作本发明激励介质填充谐振腔方式示例一；

图6 (b) 可用作本发明激励介质填充谐振腔方式示例二。

具体实施方式

本发明提供了一种人工复合介质填充的介质集成悬置线，解决了现有的波导悬置线存在重量大、体积大、成本高和不易装配的技术问题，实现了集成悬置线自封装、损耗低、易于与平面电路集成、电路体积小、成本低、重量轻的技术效果。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本申请实施例提供了一种人工复合介质填充的介质集成悬置线设计的介质填充谐振腔，所述悬置线包括：

填充介质和介质集成悬置线平台，其中，介质集成悬置线平台包括：六层自上而下叠压的双面印制电路板，第三层电路板上、下表面均设有平面电路；第一层电路板和第六层电路板的两面均覆铜，作为介质集成悬置线的上、下盖板；第二层电路板、第四层电路板和第五层电路板分别镂空，使得第一层电路板与第三层电路板之间形成空气腔体结构，第四层电路板和第五层电路板的镂空区域用于填充介质材料。

如图1、图2所示，图1为本发明实施例提供的人工复合介质填充的介质集成悬置线的截面视图，图2为本发明实施例提供的人工复合介质填充的介质集成悬置线的三维立体图。

本实施例中，所述人工复合介质填充的介质集成悬置线包括填充介质和介质集成悬置线平台，所述介质集成悬置线平台包括六层自上而下叠压的双面印制电路板，即包括M1至M12十二层金属层，第一层至第六层电路板的中间介质材质依次为FR4, FR4,Rogers5880, FR4, FR4, FR4，厚度依次为0.6mm, 0.6mm, 0.254mm, 0.6mm, 0.6mm,0.6mm。第二层电路板、第四层电路板和第五层电路板中间镂空，从而保证第一层电路板与第三层电路板之间形成空气腔体结构。第四层电路板镂空区域用于填充介质1，第五层电路板镂空区域用于填充介质2。金属层M2和M11作为悬置线电路的信号地。

第三层电路板的上、下表面金属用于放置介质填充谐振腔的激励结构。如图3、图4所示，图3为本发明实施例提供的人工复合介质填充的介质集成悬置线第三层电路板的俯视图，图4为本发明实施例提供的人工复合介质填充的介质集成悬置线第三层电路板的仰视图。第三层电路板的上表面金属层M5上放置介质填充谐振腔的馈线，第三层电路板的下表面金属层M6上开槽。本实施例中通过馈线和腔体壁开槽对介质填充谐振腔进行激励。

图5举例了本发明的多种介质填充方式的示意图。图5 (a) 为第四层电路板与第五层电路板镂空区域填充不同介质；图5 (b) 为第四层电路板镂空区域不填充介质，第五层电路板镂空区域填充介质；图5 (c) 为第四层电路板镂空区域填充介质，第五层电路板镂空区域不填充介质；图5 (d) 为叠压七层电路板，依次在第四层、第五层和第六层填充三层介质材料。

图6举例了本发明的谐振腔激励方法示意图。图6 (a) 为通过在第三层电路板的上表面金属层M5上放置介质填充谐振腔的馈线，第三层电路板的下表面金属层M6上开槽，激励谐振腔产生谐振模式。图6 (b) 为在第三层电路板上表面金属层M5和填充介质1的下表面金属层M8上放置耦合图案，通过磁耦合方式激励谐振腔。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明所述的人工复合介质填充的介质集成悬置线，与现有技术相比，具有如下技术效果：

1、采用介质集成悬置线，具有自封装、损耗低的优点。

2、易于与平面电路集成，第三层金属板上、下表面放置无源平面电路，第一层电路板和第三层电路板之间的空气腔体可以放置有源器件。

3、第四层电路板和第五层电路板被镂空的区域可以填充高介电常数的介质材料，电路体积小。

4、介质填充谐振腔具有金属波导谐振器的优点，相比平面电路谐振器拥有更高的品质因数。

5、使用标准PCB工艺加工，成本低、重量轻。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种人工复合介质填充的介质集成悬置线，其特征在于，所述悬置线包括：

填充介质和介质集成悬置线平台，其中，介质集成悬置线平台包括：多层自上而下叠压的双面印制电路板，多层双面印制电路板在相同位置布局金属化通孔，形成悬置线平台的屏蔽腔结构，中间层电路板的上、下表面用于放置平面电路；顶层电路板和底层电路板的两面均覆铜，作为介质集成悬置线的上、下盖板，除顶层电路板、底层电路板和中间层电路板以外的其余电路板在金属化通孔限定的屏蔽腔区域内进行部分镂空处理，使得顶层电路板与中间层电路板之间形成空气腔体结构，中间层电路板和底层电路板之间的镂空区域用于填充高介电常数介质，中间层电路板和底层电路板之间的腔形成介质填充谐振腔。

2.根据权利要求1所述的人工复合介质填充的介质集成悬置线，其特征在于，介质集成悬置线平台可叠压6层或7层电路板。

3.根据权利要求1所述的人工复合介质填充的介质集成悬置线，其特征在于，中间层电路板和底层电路板之间的电路板镂空区域能够填充多层不同介质。

4.根据权利要求1所述的人工复合介质填充的介质集成悬置线，其特征在于，中间层电路板和底层电路板之间的电路板镂空区域可以选择性部分填充。

5.根据权利要求1所述的人工复合介质填充的介质集成悬置线，其特征在于，中间层电路板和底层电路板之间的电路板镂空区域可以填充长方体、圆柱体或多棱柱型的介质。

6.根据权利要求1所述的人工复合介质填充的介质集成悬置线，其特征在于，电路板材质可以使用FR4、Rogers5880或陶瓷基片板材。

7.根据权利要求1所述的人工复合介质填充的介质集成悬置线，其特征在于，顶层电路板与底层电路板双面均覆铜，作为上下盖板，用于设计谐振器、滤波器或振荡器。

8.根据权利要求1所述的人工复合介质填充的介质集成悬置线，其特征在于，底层电路板上、下表面的覆铜开槽，槽内部设置辐射单元，用于设计天线。

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