CN110212278A - 一种基于人工磁导体的毫米波一分四微带功率分配器 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种基于人工磁导体的毫米波一分四微带功率分配器，该微带功率分配器包括紧密贴合的底层、中间层和顶层三种结构，底层为微带功率分配器，中间层为介质腔，顶层为人工磁导体周期结构，微带功率分配器设置于介质基板的上表面，介质腔设置于介质板上，人工磁导体周期结构设置于电磁带隙介质基板上。本发明设计结构简单，易于加工，成本低，节约了额外的封装；同时，该结构使得功率分配器本身更加紧凑，可以彼此紧密地制造。毫米波功率分配器的引入，较大程度地拓展了毫米波电路的应用前景；引入人工磁导体结构，抑制了微带线的杂散辐射，降低了插入损耗，进一步提高了毫米波功率分配器的传输性能，为毫米波电路的研究与应用打下了基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于人工磁导体的毫米波一分四微带功率分配器，可用于毫米波技术领域。
背景技术
近年来，随着新型电磁材料的发展，人工磁导体结构的研究及应用已经成为当前微波领域的热点之一。人工磁导体结构通常由介质基板上周期性排列的金属贴片构成，在特定的频段会形成电磁带隙特性。可以明显提高微波集成电路，微波印刷天线，微波高能加速器，射频无源器件等的整体性能。因此，开展人工磁导体的研究，可发掘其潜在的应用价值，并对完善电磁波理论体系具有极高的学术意义。
传统的微带功率分配器具有很高的插入损耗，这来自于微带线的杂散辐射，包括辐射波、泄漏波以及表面波，尤其到了毫米波频段，能量的损耗更加严重。然而
为了解决毫米波段传统微带电路高损耗的问题，出现了许多基于人工磁导体的毫米波射频无源器件的研究，人工磁导体的电磁带隙特性会在特定波段形成电磁阻带，抑制该波段内的杂散波辐射，尤其人工磁导体的尺寸会随着频率的提高而减小，这为在毫米波段内实现提高传统微带功率分配器的整体性能提供了一条可行的思路。与传统功率分配器相比，基于人工磁导体的功率分配器性能的改善更具有易于封装的特点，亟待开发。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种基于人工磁导体的毫米波一分四微带功率分配器。
本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种基于人工磁导体的毫米波一分四微带功率分配器，包括紧密贴合的底层、中间层和顶层三种结构，所述底层为微带功率分配器，所述中间层为介质腔，所述顶层为人工磁导体周期结构，所述微带功率分配器设置于介质基板的上表面，所述介质腔设置于介质板上，所述人工磁导体周期结构设置于电磁带隙介质基板上。
优选地，所述介质板上设置有镂空槽，所述镂空槽的长度和宽度大于微带功率分配器的长度和宽度，电磁波在镂空槽与顶层电磁带隙介质基板形成的介质腔中传播。
优选地，所述电磁带隙介质基板上设置有蘑菇型人工磁导体阵列结构，蘑菇型人工磁导体阵列结构由顶部金属层与介质基板、金属通孔以及底部金属圆片共同构成具有电磁带隙性能的人工磁导体结构。
优选地，所述蘑菇型人工磁导体阵列结构为10×20宫格式结构。
优选地，所述顶部金属层设于人工磁导体阵列结构的上表面，介质层设于中间，金属圆片设于下表面，与金属圆片圆心相连的为金属通孔，金属圆片圆心通过金属通孔与上表面金属板相连。
优选地，所述介质腔的位置位于微带功率分配器的正上方。
优选地，所述介质腔的形状与微带功率分配器匹配，介质腔的尺寸大于微带功率分配器的尺寸。
优选地，所述微带功率分配器介质基板、介质腔与人工磁导体周期结构构成的电磁带隙介质基板为垂直方向紧密贴合的三层结构。
优选地，所述微带功率分配器的传输线阻抗均为50欧姆。
优选地，所述微带功率分配器输入端口处阻抗变换传输线长度为1/4波长。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明设计结构简单，易于加工，成本低，节约了额外的封装；同时，该结构使得功率分配器本身更加紧凑，在没有明显互耦的情况下，可以彼此紧密地制造。传统型毫米波功率分配器的引入，较大程度地拓展了毫米波电路的应用前景；其次，引入人工磁导体结构，抑制了微带线的杂散辐射，降低了插入损耗，进一步提高了毫米波功率分配器的传输性能，为毫米波电路的研究与应用打下了基础。
本发明引入人工磁导体周期结构，是利用其高频段的电磁波阻带特性，抑制来自微带线的杂散辐射，包括来自微带线的漏波、表面波以及辐射波，实现对毫米波功率分配器谐振点性能的改善，优化了毫米波功率分配器各个输出端口输出功率的均匀分布，提高了功率分配器的传输性能达20％以上。本发明结构简单，易于加工，性能良好，为毫米波功率分配器节约了额外封装，在毫米波电路中具有巨大的应用潜力。
附图说明
图1是本发明的毫米波功率分配器的结构俯视示意图。
图2是本发明的毫米波功率分配器介质腔的三维结构示意图。
图3是本发明的人工磁导体的蘑菇型单元结构的三维结构示意图。
图4是本发明的周期性人工磁导体的三维结构示意图。
图5是本发明的加载周期性人工磁导体结构的毫米波功率分配器三维结构示意图。
图6是本发明的加载周期性人工磁导体结构的毫米波功率分配器三维结构剖分示意图。
图7是本发明的周期性人工磁导体的电磁波阻带色散图。
图8是本发明的毫米波功率分配器S参数仿真波形图。
图9是本发明的加载周期性人工磁导体的毫米波功率分配器S参数仿真波形图。
图10是本发明的毫米波功率分配器与加载周期性人工磁导体的毫米波功率分配器传输系数的仿真波形图。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
本发明揭示了一种基于人工磁导体的毫米波一分四微带功率分配器，如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，毫米波一分四微带功率分配器包括设置在介质基板上表面的微带一分四功率分配器，中间层的介质腔以及上层与顶部金属层相接触的的人工磁导体结构的电磁带隙介质基板。
毫米波一分四微带功率分配器包括毫米波功率分配器2和接地板3，毫米波功率分配器和接地板中间是介质1，毫米波功率分配器上表面与介质腔层紧密贴合，介质腔层中镂空部分形成介质腔4，用于电磁波传播。
本发明还包括与介质腔层紧密贴合的人工磁导体结构，如图3所示，人工磁导体的上表面导电顶层金属层7，中间是介质层8，下表面是金属圆片6，与金属圆片6圆心相连的是金属通孔5。所述镂空槽的长度和宽度大于微带功率分配器0.1mm。
所述中间层的介质板设置有略大于微带功率分配器轮廓的镂空槽，电磁波在镂空槽与顶层人工磁导体结构介质基板形成的介质腔中传播。所述人工磁导体由10×20的人工磁导体单元阵列结构构成，其单元是由金属圆片与金属柱构成的蘑菇型结构。
所述底层介质板上表面微带功率分配器的传输线阻抗均为50欧姆。所述底层介质板上表面微带功率分配器输入端口处阻抗变换传输线长度为1/4波长。所述底层介质板上表面微带功率分配器传输线各拐角处的削角长度根据需要确定。
所述电磁带隙介质基板上设置有10×20宫格式的蘑菇型人工磁导体阵列结构，蘑菇型人工磁导体由所述顶部金属层与介质基板、金属通孔以及底部金属圆片共同构成具有电磁带隙性能的人工磁导体结构；微带线的宽度以及长度根据频率需要和馈电阻抗需要共同确定。
所述介质腔为中间层介质板镂空空腔，空腔尺寸根据底层介质基板上表面微带功率分配器尺寸确定。所述介质腔的位置位于微带功率分配器的正上方。所述介质腔的形状与微带功率分配器类似，尺寸略大于微带功率分配器，高度根据频率需要确定。
所述人工磁导体上表面是金属板，下表面为金属圆片，金属圆片圆心通过金属通孔与所述上表面金属板相连。所述人工磁导体的金属圆片半径为0.75mm，金属通孔半径为0.25mm，介质基片厚度为0.75mm。所述人工磁导体结构中金属通孔之间的距离为1.7mm。
所述介质基片、介质腔与人工磁导体结构为垂直方向紧密贴合的三层结构，具体地，在本技术方案中，三层结构之间没有空隙，为紧密贴合。
本发明首先引入人工磁导体周期结构，目的是利用其高频段的电磁波阻带特性，抑制来自微带线的杂散辐射，包括来自微带线的漏波、表面波以及辐射波，实现对毫米波功率分配器谐振点性能的改善，优化了毫米波功率分配器各个输出端口输出功率的均匀分布，提高了功率分配器的传输性能达20％以上。本发明结构简单，易于加工，性能良好，为微带功率分配器节约了额外封装，在毫米波电路中具有巨大的应用潜力。
下面通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明实施例中，此紧密贴合的三层结构的底层是采用Rogers 6002的介质板，其介电常数为2.94、厚度为0.25毫米的毫米波功率分配器，介质基片表面四条一分四传输线作为毫米波功率分配器的输出端口，剩余的第五段传输线作为输入端口，传输线的阻抗均为50欧姆；与输入段传输线相连的阻抗变换传输线，长度为1/4波长，阻抗为25欧姆；中间层采用Rogers 6002的介质板，其厚度为0.25毫米的介质腔；上层人工磁导体结构采用Rogers6002的介质板，其厚度为0.75毫米，介质内包括蘑菇型人工磁导体单元阵列。
实施例1
如图6所示，毫米波功率分配器上方为介质腔层基片，介质板镂空部分形成介质腔，一是用于电磁波的传播，二是避免引入更多的介质损耗；介质腔上方为周期性人工磁导体结构，人工磁导体上表面为导电金属层，用于防止电磁波泄露。
在实际模型中，如图5所示，该加载周期性人工磁导体的毫米波功率分配器为紧密贴合的三层结构。如图8、图9所示的毫米波功率分配器与加载周期性人工磁导体的毫米波功率分配器S参数仿真波形图，在谐振频率30GHz处，回波损耗分别为21dB和25dB，图8和图9的横坐标代表工作频率，纵坐标代表反射系数S参数。
如图10所示是上述二者在30GHz处的传输系数，加载周期性人工磁导体的毫米波功率分配器的综合传输性能比传统毫米波功率分配器高达20％，图10的横坐标代表工作频率，纵坐标代表反射系数S参数。
实施例2
如图3所示，人工磁导体结构是由蘑菇型单元阵列构成，每个蘑菇型单元结构是包括介质层下表面的金属圆片和与金属圆片圆心相连的金属通孔，中间的介质层，介质层上表面的金属层，200个单元构成了人工磁导体结构。
图7是人工磁导体结构产生的电磁波阻带，该结构可以抑制位于阻带频段内的电磁波的传播。毫米波功率分配器的工作频率位于其中，加载在其上方，可以有效抑制微带传输线的杂散辐射，抑制效果良好。图7为本发明的周期性人工磁导体的电磁波阻带色散图，图7中横坐标代表工作频率纵坐标代表传播常数。
本发明提出了一种基于人工磁导体的毫米波功率分配器，该功率分配器除了结构简单、低剖面、易于集成的特点外，相比传统的功率分配器，节约了额外的封装，大大减少了介电损耗，解决了传统微带功率分配器高损耗的问题从而为毫米波电路的研究打下了坚实基础。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于人工磁导体的毫米波一分四微带功率分配器，其特征在于：包括紧密贴合的底层、中间层和顶层三种结构，所述底层为微带功率分配器，所述中间层为介质腔，所述顶层为人工磁导体周期结构，所述微带功率分配器设置于介质基板的上表面，所述介质腔设置于介质板上，所述人工磁导体周期结构设置于电磁带隙介质基板上。
2.根据权利要求1所述的一种基于人工磁导体的毫米波一分四微带功率分配器，其特征在于：所述介质板上设置有镂空槽，所述镂空槽的长度和宽度大于微带功率分配器的长度和宽度，电磁波在镂空槽与顶层电磁带隙介质基板形成的介质腔中传播。
3.根据权利要求1所述的一种基于人工磁导体的毫米波一分四微带功率分配器，其特征在于：所述电磁带隙介质基板上设置有蘑菇型人工磁导体阵列结构，蘑菇型人工磁导体阵列结构由顶部金属层与介质基板、金属通孔以及底部金属圆片共同构成具有电磁带隙性能的人工磁导体结构。
4.根据权利要求3所述的一种基于人工磁导体的毫米波一分四微带功率分配器，其特征在于：所述蘑菇型人工磁导体阵列结构为10×20宫格式结构。
5.根据权利要求3所述的一种基于人工磁导体的毫米波一分四微带功率分配器，其特征在于：所述顶部金属层设于人工磁导体阵列结构的上表面，介质层设于中间，金属圆片设于下表面，与金属圆片圆心相连的为金属通孔，金属圆片圆心通过金属通孔与上表面金属板相连。
6.根据权利要求1所述的一种基于人工磁导体的毫米波一分四微带功率分配器，其特征在于：所述介质腔的位置位于微带功率分配器的正上方。
7.根据权利要求1所述的一种基于人工磁导体的毫米波一分四微带功率分配器，其特征在于：所述介质腔的形状与微带功率分配器匹配，介质腔的尺寸大于微带功率分配器的尺寸。
8.根据权利要求1所述的一种基于人工磁导体的毫米波一分四微带功率分配器，其特征在于：所述微带功率分配器介质基板、介质腔与人工磁导体周期结构构成的电磁带隙介质基板为垂直方向紧密贴合的三层结构。
9.根据权利要求1所述的一种基于人工磁导体的毫米波一分四微带功率分配器，其特征在于：所述微带功率分配器的传输线阻抗均为50欧姆。
10.根据权利要求1所述的一种基于人工磁导体的毫米波一分四微带功率分配器，其特征在于：所述微带功率分配器输入端口处阻抗变换传输线长度为1/4波长。
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|---|---|
| CN (1) | CN110212278A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111129684A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-05-08 | 南京邮电大学 | 一种基于新型人工磁导体的毫米波3dB定向耦合器 |
| CN112114290A (zh) * | 2020-09-25 | 2020-12-22 | 中国电子科技集团公司第四十三研究所 | 一种小型化x波段四通道tr组件 |
| CN112332059A (zh) * | 2020-10-15 | 2021-02-05 | 南京理工大学 | 一种基于垂直过渡结构的功分器 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103647129A (zh) * | 2013-12-23 | 2014-03-19 | 北京邮电大学 | 一种新型双频反相功率分配器 |
| CN109301489A (zh) * | 2018-09-06 | 2019-02-01 | 深圳大学 | 一种应用于5g通信的低剖面高隔离度差分双极化缝隙天线 |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103647129A (zh) * | 2013-12-23 | 2014-03-19 | 北京邮电大学 | 一种新型双频反相功率分配器 |
| CN109301489A (zh) * | 2018-09-06 | 2019-02-01 | 深圳大学 | 一种应用于5g通信的低剖面高隔离度差分双极化缝隙天线 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JUN JIN, FENG XU: "Design of 1:4 Power Divider Using Artificial Magnetic Conductor Packaging for Millimeter-wave Application", 《2019 IEEE MTT-S INTERNATIONAL MICROWAVE BIOMEDICAL CONFERENCE(IMBIOC)》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111129684A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-05-08 | 南京邮电大学 | 一种基于新型人工磁导体的毫米波3dB定向耦合器 |
| CN112114290A (zh) * | 2020-09-25 | 2020-12-22 | 中国电子科技集团公司第四十三研究所 | 一种小型化x波段四通道tr组件 |
| CN112332059A (zh) * | 2020-10-15 | 2021-02-05 | 南京理工大学 | 一种基于垂直过渡结构的功分器 |
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