CN110061336B - 封装的集成基片间隙波导四功分器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了封装的集成基片间隙波导四功分器，其包括上层介质板、下层介质板以及设置在上层介质板和下层介质板之间的间隔介质板；上层介质板的上表面印刷有第一金属层，第一金属层上设有三个扇形缝隙，每一扇形缝隙连接有电阻，上层介质板的下表面印刷有微带线；下层介质板的上表面印刷有周期性排列的圆形金属贴片，下层介质板的下表面印刷有第二金属层，每一圆形金属贴片通过金属过孔与第二金属层连接。微带线由14节线段构成。本发明能够降低损耗和提高抗干扰能力。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别是涉及封装的集成基片间隙波导四功分器。
背景技术
随着移动通信与互联网的深度融合，以及物联网的飞速发展，智能终端设备的接入量和无线数据流量呈指数级增长。第四代(4G)移动通信技术已经不能满足低延迟、高容量和大连接的需求。因此，面向2020年和未来的第五代(5G)通信的研究将开始，将带来最终的用户体验。毫米波技术对于5G通信提高数据速率至关重要。5G的一些毫米波频段已经发布，包括24.25GHz-27.5GHz,37GHz-40.5GHz和42.5GHz-43.5GHz频段由国际电信联盟(ITU)提出，联邦通信委员会(FCC)提出的27.5GHz-28.5GHz频段。
功率分配器即功分器，是将输入信号功率分成相等或不等的几路功率输出的一种多端口无源微波网络，用于功率分配或功率合成。其性能直接影响整个系统能量的分配效率。随着毫米波天线和滤波器等器件的不断发展，对毫米波功分器的要求也越来越高，需求也越来越大。传统的微带功分器(如威尔金森、分支线电桥、环形电桥等)，品质因数低，易实现宽带，但具有损耗大，功率容量小等缺点，且存在平面/非平面集成问题，制作成本高、工艺复杂。
因此，需要适用于毫米波通信的功分器。基片集成波导(SIW)能够实现毫米波应用的平面化和集成，传输损耗低。但是，SIW功分器存在输出端口隔离度低、带宽窄、空间辐射和不适合集成等问题。
2012年，微带间隙波导被设计出来以满足通信系统小型化的需求。近年来，张晶等学者利用介质板代替了微带间隙波导中的空气间隙，设计出了集成基片间隙波导(ISGW)结构，实现了更稳定的间隙高度和更好的性能。ISGW具有的理想磁导体(PMC)性能使之可以方便地应用于各种微波毫米波器件的封装。但是，在四功分器的应用中，还没有采用集成基片间隙波导结构。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供封装的集成基片间隙波导四功分器，能够降低损耗和提高抗干扰能力。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供封装的集成基片间隙波导四功分器，包括上层介质板(1)、下层介质板(3)以及设置在所述上层介质板(1)和下层介质板(3)之间的间隔介质板(2)；所述上层介质板(1)的上表面印刷有第一金属层(11)，第一金属层(11)上设有三个扇形缝隙(111)，每一扇形缝隙(111)连接有电阻(112)，电阻(112)的电阻值为1-100Ω，所述上层介质板(1)的下表面印刷有微带线(12)；所述下层介质板(3)的上表面印刷有周期性排列的圆形金属贴片(31)，所述下层介质板(3)的下表面印刷有第二金属层(32)，每一所述圆形金属贴片(31)通过金属过孔(33)与第二金属层(32)连接；其中，所述微带线(12)包括：第一线段(121)；第二线段(122)，连接第一线段(121)；第三线段(123)、第四线段(124)，分别连接所述第二线段(122)端部的左侧和右侧；第五线段(125)、第六线段(126)，分别连接第三线段(123)、第四线段(124)；第七线段(127)、第八线段(128)，分别连接第五线段(125)端部的上侧和下侧；第九线段(129)，连接第七线段(127)端部的左侧第十线段(1210)，连接第八线段(128)端部的左侧；第十一线段(1211)、第十二线段(1212)，分别连接第六线段(126)端部的上侧和下侧；第十三线段(1213)，连接第十一线段(1211)端部的右侧；第十四线段(1214)，连接第十二线段(1212)端部的右侧；所述三个扇形缝隙(111)分别位于第二线段(122)、第五线段(125)、第六线段(126)正上方。
优选的，所述第一线段(121)与第二线段(122)连接处、第三线段(123)与第五线段(125)连接处、第四线段(124)与第六线段(126)连接处在宽度上采用直角三角形过渡。
优选的，所述第二线段(122)、第五线段(125)、第六线段(126)的端部具有直角三角形缺口，第七线段(127)端部的右上角、第八线段(128)端部的右下角、第十一线段(1211)端部的左上角、第十二线段(1212)端部的左下角形成有直角三角形切角。
优选的，所述第一线段(121)沿上层介质板(1)的中心线设置。
优选的，所述第一线段(121)在宽度上呈阶梯过渡。
优选的，所述上层介质板(1)、间隔介质板(2)和下层介质板(3)粘合在一起或通过螺钉固定在一起。
优选的，所述上层介质板(1)、间隔介质板(2)和下层介质板(3)均采用Rogers5880板材，厚度分别为0.508mm、0.254mm和0.787mm。
区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：
1、解决了传统微带功分器中辐射损耗大问题；
2、解决了传统基片集成波导功分器中平面波和不易集成的问题；
3、结构稳定，易加工；
4、能实现较宽的带宽。
5、抗干扰和屏蔽性好。
6、相比于2功分器获得了很好的增益效果。
附图说明
图1是本发明实施例的封装的集成基片间隙波导四功分器的结构示意图。
图2是图1所示的封装的集成基片间隙波导四功分器的上层介质板的俯视示意图。
图3是图1所示的封装的集成基片间隙波导四功分器的上层介质板的仰视示意图。
图4是图1所示的封装的集成基片间隙波导四功分器的下层介质板的俯视示意图。
图5是图1所示的封装的集成基片间隙波导四功分器的下层介质板的仰视示意图。
图6是本发明的封装的集成基片间隙波导四功分器的回波损耗、插入损耗、隔离度的仿真结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1至图5，本发明实施例的封装的集成基片间隙波导四功分器包括上层介质板1、下层介质板3以及设置在上层介质板1和下层介质板3之间的间隔介质板2。上层介质板1、间隔介质板2和下层介质板3可以粘合在一起或通过螺钉固定在一起。
上层介质板1的上表面印刷有第一金属层11，上层介质板1的下表面印刷有微带线12。第一金属层11上设有三个扇形缝隙111，每一扇形缝隙111连接有电阻112，电阻112的电阻值为1-100Ω。
下层介质板3的上表面印刷有周期性排列的圆形金属贴片31，下层介质板3的下表面印刷有第二金属层32，每一圆形金属贴片31通过金属过孔33与第二金属层32连接。圆形金属贴片31与设于其上的金属过孔33构成了蘑菇型EBG结构，这样，下层介质板3就形成了周期性排列的蘑菇型EBG结构。
其中，微带线12包括：
第一线段121；
第二线段122，连接第一线段121；
第三线段123、第四线段124，分别连接第二线段122端部的左侧和右侧；
第五线段125、第六线段126，分别连接第三线段123、第四线段124；
第七线段127、第八线段128，分别连接第五线段125端部的上侧和下侧；
第九线段129，连接第七线段127端部的左侧；
第十线段1210，连接第八线段128端部的左侧；
第十一线段1211、第十二线段1212，分别连接第六线段126端部的上侧和下侧；
第十三线段1213，连接第十一线段1211端部的右侧
第十四线段1214，连接第十二线段1212端部的右侧。
三个扇形缝隙111分别位于第二线段122、第五线段125、第六线段126正上方。
本实施例的四功分器中，上层介质板1的第一金属层11形成理想电导体(PEC)，下层介质板3的第二金属层32与周期性排列的蘑菇型EBG结构构成集成基片间隙波导(ISGW)结构，形成理想磁导体(PMC)，实现对微带功分器的封装。
在本实施例中，第一线段121与第二线段122连接处、第三线段123与第五线段125连接处、第四线段124与第六线段126连接处在宽度上采用直角三角形过渡。第二线段122、第五线段125、第六线段126的端部具有直角三角形缺口，第七线段127端部的右上角、第八线段128端部的右下角、第十一线段1211端部的左上角、第十二线段1212端部的左下角形成有直角三角形切角。在具体应用中，第一线段121沿上层介质板1的中心线设置。
通过调整第六线段126的宽度和长度会影响第四线段124、第十一线段1211、第十二线段1212的匹配；第六线段126的长度为集成基片间隙波导(ISGW)的1/4波长时，匹配最好。同理可以得出结论：当第二线段122、第五线段125的长度为ISGW的1/4波长时，匹配最好。
通过调整直角三角形过渡区域、直角三角形缺口和直角三角形切角的大小，可以调整功分器的匹配。调整第一线段121在阶梯过渡处的宽度大小，可以调整功分器的输入阻抗匹配。
为了获得所需的工作频带，需要合适地选取蘑菇型EBG结构中圆形金属贴片31和金属过孔33的尺寸以及蘑菇型EBG结构的排列周期，使蘑菇型EBG结构的阻带与集成基片间隙波导(ISGW)所传播的电磁波频带相适应。
为了详细说明本实施例的封装的集成基片间隙波导四功分器，下面给出一个具体实例。在该具体实例中，上层介质板1、间隔介质板2和下层介质板3均采用Rogers5880板材，厚度分别为0.508mm、0.254mm和0.787mm。通过仿真及测试得到测试结果，如图6所示，在S11参数-15dB以下的频段为23.6GHz-28.9GHz，在频点26.8Ghz是能达到-30.7dB,但传输参数S21，S31，S41,S51都在-6.46dB左右(如不考虑损耗，理论应在-6dB)，表现出良好的回波损耗和插入损耗。图中，S11表示回波损耗。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种封装的集成基片间隙波导四功分器，其特征在于，包括上层介质板(1)、下层介质板(3)以及设置在所述上层介质板(1)和下层介质板(3)之间的间隔介质板(2)；
所述上层介质板(1)的上表面印刷有第一金属层(11)，第一金属层(11)上设有三个扇形缝隙(111)，每一扇形缝隙(111)连接有电阻(112)，电阻(112)的电阻值为1-100Ω，所述上层介质板(1)的下表面印刷有微带线(12)；
所述下层介质板(3)的上表面印刷有周期性排列的圆形金属贴片(31)，所述下层介质板(3)的下表面印刷有第二金属层(32)，每一所述圆形金属贴片(31)通过金属过孔(33)与第二金属层(32)连接；
其中，所述微带线(12)包括：
第一线段(121)；
第二线段(122)，连接第一线段(121)；
第三线段(123)、第四线段(124)，分别连接所述第二线段(122)端部的左侧和右侧；
第五线段(125)、第六线段(126)，分别连接第三线段(123)、第四线段(124)；
第七线段(127)、第八线段(128)，分别连接第五线段(125)端部的上侧和下侧；
第九线段(129)，连接第七线段(127)端部的左侧；
第十线段(1210)，连接第八线段(128)端部的左侧；
第十一线段(1211)、第十二线段(1212)，分别连接第六线段(126)端部的上侧和下侧；
第十三线段(1213)，连接第十一线段(1211)端部的右侧
第十四线段(1214)，连接第十二线段(1212)端部的右侧；
所述三个扇形缝隙(111)分别位于第二线段(122)、第五线段(125)、第六线段(126)正上方。
2.根据权利要求1所述的封装的集成基片间隙波导四功分器，其特征在于，所述第一线段(121)与第二线段(122)连接处、第三线段(123)与第五线段(125)连接处、第四线段(124)与第六线段(126)连接处在宽度上采用直角三角形过渡。
3.根据权利要求2所述的封装的集成基片间隙波导四功分器，其特征在于，所述第二线段(122)、第五线段(125)、第六线段(126)的端部具有直角三角形缺口，第七线段(127)端部的右上角、第八线段(128)端部的右下角、第十一线段(1211)端部的左上角、第十二线段(1212)端部的左下角形成有直角三角形切角。
4.根据权利要求3所述的封装的集成基片间隙波导四功分器，其特征在于，所述第一线段(121)沿上层介质板(1)的中心线设置。
5.根据权利要求4所述的封装的集成基片间隙波导四功分器，其特征在于，所述第一线段(121)在宽度上呈阶梯过渡。
6.根据权利要求5所述的封装的集成基片间隙波导四功分器，其特征在于，所述上层介质板(1)、间隔介质板(2)和下层介质板(3)粘合在一起或通过螺钉固定在一起。
7.根据权利要求6所述的封装的集成基片间隙波导四功分器，其特征在于，所述上层介质板(1)、间隔介质板(2)和下层介质板(3)均采用Rogers5880板材，厚度分别为0.508mm、0.254mm和0.787mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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