CN108365316A - 基于超材料的介质集成悬置线结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于超材料的介质集成悬置线结构，包括介质集成悬置线平台，所述介质集成悬置线平台包括自上而下重叠设置的六层电路板，每层电路板包括上下两面金属层及设置在上下两面金属层之间的介质层，其中，第二层和第五层电路板上设置有空气腔，第四层电路板上设置有超材料结构，所述超材料结构包括两端部和连接在两端部之间的连接部，所述连接部的截面积小于端部的截面积。其将超材料结构引入介质集成悬置线结构中，有效减小电路尺寸，实现电路小型化。

Description

基于超材料的介质集成悬置线结构
技术领域
本发明涉及射频电路及微波毫米波电路技术领域，具体涉及一种基于超材料的介质集成悬置线结构。
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。如申请号为201710093430.6所示的结构，现有的介质集成悬置线结构包括自上而下重叠设置的五层电路板，每层电路板包括上下两面金属及填充在其中间的介质层，在第三层上电路板上可设置平面电路。采用该介质集成悬置线结构其电路尺寸较大，不利于电路的小型化集成。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种基于超材料的介质集成悬置线结构。
本发明通过下述技术方案实现：
基于超材料的介质集成悬置线结构，包括介质集成悬置线平台，所述介质集成悬置线平台包括自上而下重叠设置的六层电路板，每层电路板包括上下两面金属层及设置在上下两面金属层之间的介质层，其中，第二层和第五层电路板上设置有空气腔，第四层电路板上设置第四层电路板上设置有超材料结构，所述超材料结构包括设置在第四层电路板两面的端部和连接在两端部之间的连接部，所述连接部的截面积小于端部的截面积，所述连接部设置有连接两端部的金属通孔。超材料是一种自然界中不存在的，由人工合成的具有超常物理性质的复合式材料。以相对介电常数和相对磁导率来描述其特性，其相对介电常数和相对磁导率可以为正也可以为负，因而被称为“超材料”。超材料作为一种崭新的结构型材料，由于其具有许多独特的电磁特性，以及电磁特性可由不同设计方法加以按需控制调节实现，而具有非常广阔的研究意义和应用价值。但就目前的研究情况来看，很多超材料的应用都是利用其磁负、电负或者双负特性。而本方案将其高介电常数特性应用到介质集成悬置线结构中，在第四层电路板即电路层与空气腔之间设置超材料结构，提高介质基板的介电常数，当电磁波在电路中传播时，可以使他的波长减小,从而减小电路的尺寸，有利于实现电路的小型化。把超材料结构加到第四层，不会影响第三层电路的设计，第三层电路可以灵活的进行设计。
作为优选，所述超材料结构成工字型。
作为优选，所述超材料结构有多个且成阵列排布。采用矩形的排列方式，可以增强每个超材料结构之前的耦合，也加工方便。
作为优选，所述六层电路板上均设置有用于铆接电路板的铆钉孔。
作为优选，所述介质层为FR4或者Rogers5880。采用该材质其加工方便，成本低廉。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明将超材料结构引入介质集成悬置线结构中，有效减小电路尺寸，实现电路小型化。
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为发明的结构示意图。
图2是本发明第四层电路板的结构示意图。
图3是图2的剖视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示的基于超材料的介质集成悬置线结构，包括介质集成悬置线平台，所述介质集成悬置线平台包括自上而下重叠设置的六层电路板，每层电路板包括上下两面金属层及设置在上下两面金属层之间的介质层，其中，第二层和第五层电路板上设置有空气腔，第一层电路板、第六层电路板为空气腔的盖板，第三层电路板的正反两面金属层可进行电路设计，第四层电路板上设置第四层电路板上设置有超材料结构，所述超材料结构包括设置在第四层电路板两面的端部31和连接在两端部之间的连接部32，所述连接部的截面积小于端部的截面积，所述连接部设置有连接两端部的金属通孔。端部即金属层，通过在连接部设置金属通孔的方式把两端部连接起来，形成一种两端截面大于连接部的截面的结构。
实施例2
基于上述实施例的原理，本实施例在上述实施例的基础上做了优化，即包括介质集成悬置线平台，所述介质集成悬置线平台包括自上而下重叠设置的六层电路板，每层电路板包括上下两面金属层及设置在上下两面金属层之间的介质层。自上而下每层电路板的厚度可采用0.6mm,0.6mm,0.127mm,2mm,0.6mm,0.6mm。
第二层电路板12和第五层电路板15的局部进行镂空切除形成空气腔2，空气腔2的形状可以是方形、圆形或者不规则形状，具体根据电路设计调整。第一层电路板11、第六层电路16板为空气腔的盖板，第三层电路板13的正反两面金属层可进行电路设计，可以是有源电路也可以是无源电路；第三层电路板13上金属层与第二层电路板12的镂空区域和第一层电路板11的下金属层共同构成空气谐振腔。第四层电路板14的下金属层、第五层电路板15镂空区域和第六层电路16的上金属层共同构成空气谐振腔。如图2和图3所示，在第四层电路板14上设置超材料结构，超材料结构的结构为截面成工字型，其连接部上设置金属通孔。在第五层电路板15与空气谐振腔之间加入具有高介电常数特性的超材料结构，因此电路的尺寸与普通介质集成悬置线相比，可以更小。
如图2所示，超材料结构有多个且成阵列排布。连接部的高度为2mm，端部的长度为0.4mm，宽度为2mm。
超材料结构有多个且成阵列排布。超材料结构成N排P列结构，其与第三层电路板电路大小相匹配。只有当第三层电路下方有超材料结构时,才有高介电常数的特性,电路才能够小尺寸,所以第三层电路有多大,下面的超材料结构就会有多大,必须保证第三层电路下方有超材料结构。
六层电路板上均设置有用于铆接电路板的铆钉孔。
介质层为FR4或者Rogers5880。
本实施例的介质集成悬置线结构，充分发挥了介质集成悬置线多层板压合的特点，具有自封装的优点，同时具有良好的电磁屏蔽特性；采用了类似金属波导的空气腔结构，具有损耗低，性能稳定的优点；在第三层电路板13下金属层的电路与空气腔之间加入了高介电常数的超材料结构，与普通介质集成悬置线电路相比，电路尺寸可以更小，有利于实现电路的小型化。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于超材料的介质集成悬置线结构，包括介质集成悬置线平台，所述介质集成悬置线平台包括自上而下重叠设置的六层电路板，每层电路板包括上下两面金属层及设置在上下两面金属层之间的介质层，其中，第二层和第五层电路板上设置有空气腔，其特征在于，第四层电路板上设置有超材料结构，所述超材料结构包括设置在第四层电路板两面的端部和连接在两端部之间的连接部，所述连接部的截面积小于端部的截面积，所述连接部设置有连接两端部的金属通孔。
2.根据权利要求1所述的基于超材料的介质集成悬置线结构，其特征在于，所述超材料结构的成工字型。
3.根据权利要求1所述的基于超材料的介质集成悬置线结构，其特征在于，所述超材料结构有多个且成阵列排布。
4.根据权利要求1所述的基于超材料的介质集成悬置线结构，其特征在于，六层电路板上均设置有用于铆接电路板的铆钉孔。
5.根据权利要求1所述的基于超材料的介质集成悬置线结构，其特征在于，所述介质层为FR4或者Rogers5880。
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