CN112670690A - 一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，包括射频传输线，设置在射频传输线上部的上部陶瓷基材，设置在上部陶瓷基材上部的第一金属层，设置在射频传输线下部的下部陶瓷基材和设置在陶瓷基材下部的第二金属层；射频传输线包括依次连接的第一微带线、谐振式带状线、第二微带线和设置在谐振式带状线两侧的扇形印谐振制图形。本发明是为了解决现有高温陶瓷电路气密性过渡结构插损大的问题，采用一种谐振式的微带线‑带状线过渡结构，在高温陶瓷基板内的层间设置扇形传输结构，扇形传输结构为双扇形式，双扇结构通过高温陶瓷介质及上下层金属之间形成谐振，大大减少过渡插损，特别是在高于Ka频段的电路过渡结构中。

Description

一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路
技术领域
本发明涉及基本电气元件技术领域，具体涉及一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路。
背景技术
随着无线通信系统及雷达系统在毫米波频段的广泛应用，传输线插损带来的系统指标下降就显的尤为突出。在毫米波频段解决低插损传输成为焦点问题。在毫米波气密性电路中，通常选择高温陶瓷电路管壳。高温陶瓷电路需要将内部电路通过射频传输线引入到外部，为保证气密性要求一般选择微带线-带状线-微带线的过渡形式。
传统高温陶瓷的气密过渡结构一般采用微带线-带状线-微带线。在高温陶瓷内带状线一般采用变化阻抗的形式，一般为带状线部分收窄，做简单的阻抗匹配。但此种过渡结构过渡插损一般较大，在Ka频段过渡插损一般大于1dB。
发明内容
本发明是为了解决现有高温陶瓷电路气密性过渡结构插损大的问题，采用一种谐振式的微带线-带状线过渡结构，在高温陶瓷基板内的层间设置扇形传输结构，扇形传输结构为双扇形式，双扇结构通过高温陶瓷介质及上下层金属之间形成谐振，大大减少过渡插损，特别是在高于Ka频段的电路过渡结构中，本发明可以有效的减少传输结构本身的辐射损耗，从而降低整个过渡结构的插入损耗。本发明也可推广至更高频率，可以使高温陶瓷过渡结构覆盖Ka频段至W频段。
本发明提供一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，包括射频传输线，设置在射频传输线上部的上部陶瓷基材，设置在上部陶瓷基材上部的第一金属层，设置在射频传输线下部的下部陶瓷基材和设置在陶瓷基材下部的第二金属层；
射频传输线包括依次连接的第一微带线、谐振式带状线、第二微带线和设置在谐振式带状线两侧的扇形印谐振制图形；
第一微带线包括第一外侧微带线和第一过渡结构，第一过渡结构与谐振式带状线连接；第二微带线包括第二外侧微带线和第二过渡结构，第二过渡结构与谐振式带状线连接。
本发明所述的一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，作为优选方式，第一过渡结构与第一外侧微带线连接一端的宽度与第一外侧微带线的宽度相同，第一过渡结构与谐振式带状线连接一端的宽度与谐振式带状线的宽度相同；
第二过渡结构与第二外侧微带线连接一端的宽度与第二外侧微带线的宽度相同，第二过渡结构与谐振式带状线连接一端的宽度与谐振式带状线的宽度相同。
本发明所述的一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，作为优选方式，第一外侧微带线和第二外侧微带线的宽度为0.28mm，谐振式带状线宽度为0.08mm，第一过渡结构和第二过渡结构的长度为0.2mm，谐振式带状线长度为1mm。
本发明所述的一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，作为优选方式，扇形印谐振制图形至少为两个。
本发明所述的一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，作为优选方式，扇形印谐振制图形为四个且沿谐振式带状线中心均匀的分布在谐振式带状线两侧边缘处。
本发明所述的一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，作为优选方式，扇形印谐振制图形半径为0.3mm，扇形印谐振制图形夹角为80°。
本发明所述的一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，作为优选方式，上部陶瓷基材包括重叠放置的第一陶瓷基材和第二陶瓷基材，下部陶瓷基材包括重叠放置的第三陶瓷基材和第四陶瓷基材，第一陶瓷基材、第二陶瓷基材、第三陶瓷基材和第四陶瓷基材厚度、宽度相同，第一陶瓷基材、第二陶瓷基材长度与谐振式带状线长度相同，第三陶瓷基材和第四陶瓷基材长度与射频传输线长度相同。
本发明所述的一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，作为优选方式，第一陶瓷基材、第二陶瓷基材、第三陶瓷基材和第四陶瓷基材厚度均为0.15mm。
本发明所述的一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，作为优选方式，射频传输线、上部陶瓷基材、第一金属层、下部陶瓷基材和第二金属层在相同位置上设置通孔。
本发明所述的一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，作为优选方式，通孔数量为4个，均匀分布在谐振式带状线两侧，通孔直径为0.2mm，位于谐振式带状线同侧的两个通孔间距为0.5mm，跨谐振式带状线的两个相邻通孔间距为0.9mm。
本发明的解决方案是：
(1)首先选定高温陶瓷基材，单层厚度0.15mm。共计四层构成射频过渡结构。
(2)高温陶瓷过渡部分上下均采用金属覆盖。其中上两层高温陶瓷基材为气密过渡结构。过渡结构中设置四个金属通孔屏蔽电磁场。
(3)射频传输线分为微带线部分和谐振式带状线部分。微带线在下两层高温陶瓷上传输，谐振式带状线部分在上下四层高温陶瓷中传输。
所述步骤(1)中选定介电常数为9.8的高温陶瓷基材，单层厚度为0.15mm。过渡结构共计采用4层高温陶瓷，微带线基材为2层高温陶瓷，厚度0.3mm。谐振式带状线上下基材厚度各0.3mm，谐振式带状线下部基材和微带线共用，上部基材为独立高温瓷基材。上部基材为2层高温陶瓷，厚度0.3mm，谐振式带状线长度为1mm。
所述步骤(2)在四层高温陶瓷基材中存在两种射频传输形式，分别为微带线和谐振式带状线。微带线和带状线分别需要参考地实现电磁场的闭环。高温陶瓷的最上层和最下层分别铺设金属层覆盖。同时为保证电磁泄漏，在过渡结构中制作4个电路通孔。通孔直径为0.2mm，同侧通孔间距0.5mm，跨带状线方向通孔间距0.9mm。
所述步骤(3)射频传输线分为微带线、谐振式带状线。微带线电路基材厚0.3mm，微带线线宽0.28mm。过渡到谐振带状线后带状线线宽0.08mm。微带线在距离过渡结构分界处0.2mm开始变窄，到上下层陶瓷分界处时收窄至0.08mm。谐振式扇形印制图形扇形半径为0.3mm，夹角80°。两个扇形印谐振制图形对称分布在带状线两侧。谐振式带状线长度为1mm，在过渡结构两侧边缘处分别放置两个扇形谐振印制图形。在带状线传输方向扇形谐振印制图形按中心点对称排布。此种传输结构可使用于不同频率，实际根据波长和扇形谐振图形距离对应关系设计。扇形谐振图形沿带状线纵向距离大约为波长的1/10。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)创新性的采用了带状线谐振传输结构，两层高温陶瓷电路基板内设置两对扇形谐振印制线，扇形谐振印制线不同的距离在不同的频率产生谐振降低传输结构的插损。特别在Ka频段以上，此种传输结构相比于传统带状线插损改善0.5dB以上。
(2)该发明具有宽带频率适用性，本发明给出了相应频率波长和扇形谐振单元尺寸的关系。
(3)该发明可以解决更高频率的高温瓷气密性过渡问题。
(4)该发明结构可推广应用到低温陶瓷等其他涉及微带线-带状线-微带线的气密性过渡结构中。
附图说明
图1为一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路实施例1结构图；
图2为一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路实施例1爆炸图；
图3为一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路实施例1微带线谐振带状线的过渡设计图；
图4为一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路实施例2-3结构图；
图5为一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路实施例2-3爆炸图；
图6为一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路实施例2-3微带线谐振带状线的过渡设计图；
图7为一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路实施例3电路性能图。
附图标记：
1、射频传输线；11、第一微带线；111、第一外侧微带线；112、第一过渡结构；12、谐振式带状线；13、第二微带线；131、第二外侧微带线；132、第二过渡结构；14、扇形印谐振制图形；2、上部陶瓷基材；21、第一陶瓷基材；22、第二陶瓷基材；3、第一金属层；4、下部陶瓷基材；41、第三陶瓷基材；42、第四陶瓷基材；5、第二金属层。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
如图1-2所示，一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，包括射频传输线1，设置在射频传输线1上部的上部陶瓷基材2，设置在上部陶瓷基材2上部的第一金属层3，设置在射频传输线1下部的下部陶瓷基材4和设置在陶瓷基材4下部的第二金属层5；
如图3所示，射频传输线1包括依次连接的第一微带线11、谐振式带状线12、第二微带线13和设置在谐振式带状线12两侧的扇形印谐振制图形14；
第一微带线11包括第一外侧微带线111和第一过渡结构112，第一过渡结构112与谐振式带状线12连接；第二微带线13包括第二外侧微带线131和第二过渡结构132，第二过渡结构132与谐振式带状线12连接。
实施例2
如图4-5所示，一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，包括射频传输线1，设置在射频传输线1上部的上部陶瓷基材2，设置在上部陶瓷基材2上部的第一金属层3，设置在射频传输线1下部的下部陶瓷基材4和设置在陶瓷基材4下部的第二金属层5；
如图6所示，射频传输线1包括依次连接的第一微带线11、谐振式带状线12、第二微带线13和设置在谐振式带状线12两侧的扇形印谐振制图形14；
第一微带线11包括第一外侧微带线111和第一过渡结构112，第一过渡结构112与谐振式带状线12连接；第二微带线13包括第二外侧微带线131和第二过渡结构132，第二过渡结构132与谐振式带状线12连接；第一过渡结构112与第一外侧微带线111连接一端的宽度与第一外侧微带线111的宽度相同，第一过渡结构112与谐振式带状线12连接一端的宽度与谐振式带状线12的宽度相同；
第二过渡结构132与第二外侧微带线131连接一端的宽度与第二外侧微带线131的宽度相同，第二过渡结构132与谐振式带状线12连接一端的宽度与谐振式带状线12的宽度相同；
扇形印谐振制图形14为四个且沿谐振式带状线12中心均匀的分布在谐振式带状线12两侧边缘处；
上部陶瓷基材2包括重叠放置的第一陶瓷基材21和第二陶瓷基材22，下部陶瓷基材4包括重叠放置的第三陶瓷基材41和第四陶瓷基材42，第一陶瓷基材21、第二陶瓷基材22、第三陶瓷基材41和第四陶瓷基材42厚度、宽度相同，第一陶瓷基材21、第二陶瓷基材22长度与谐振式带状线12长度相同，第三陶瓷基材41和第四陶瓷基材42长度与射频传输线1长度相同；
射频传输线1、上部陶瓷基材2、第一金属层3、下部陶瓷基材4和第二金属层5在相同位置上设置通孔。
实施例3
如图4-5所示，一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，包括射频传输线1，设置在射频传输线1上部的上部陶瓷基材2，设置在上部陶瓷基材2上部的第一金属层3，设置在射频传输线1下部的下部陶瓷基材4和设置在陶瓷基材4下部的第二金属层5；
如图6所示，射频传输线1包括依次连接的第一微带线11、谐振式带状线12、第二微带线13和设置在谐振式带状线12两侧的扇形印谐振制图形14；
第一微带线11包括第一外侧微带线111和第一过渡结构112，第一过渡结构112与谐振式带状线12连接；第二微带线13包括第二外侧微带线131和第二过渡结构132，第二过渡结构132与谐振式带状线12连接；第一过渡结构112与第一外侧微带线111连接一端的宽度与第一外侧微带线111的宽度相同，第一过渡结构112与谐振式带状线12连接一端的宽度与谐振式带状线12的宽度相同；
第一外侧微带线111和第二外侧微带线131的宽度为0.28mm，谐振式带状线12宽度为0.08mm，第一过渡结构112和第二过渡结构132的长度为0.2mm，谐振式带状线12长度为1mm；
第二过渡结构132与第二外侧微带线131连接一端的宽度与第二外侧微带线131的宽度相同，第二过渡结构132与谐振式带状线12连接一端的宽度与谐振式带状线12的宽度相同；
扇形印谐振制图形14为四个且沿谐振式带状线12中心均匀的分布在谐振式带状线12两侧边缘处；扇形印谐振制图形14半径为0.3mm，扇形印谐振制图形14夹角为80°；
上部陶瓷基材2包括重叠放置的第一陶瓷基材21和第二陶瓷基材22，下部陶瓷基材4包括重叠放置的第三陶瓷基材41和第四陶瓷基材42，第一陶瓷基材21、第二陶瓷基材22、第三陶瓷基材41和第四陶瓷基材42厚度、宽度相同，第一陶瓷基材21、第二陶瓷基材22长度与谐振式带状线12长度相同，第三陶瓷基材41和第四陶瓷基材42长度与射频传输线1长度相同；第一陶瓷基材21、第二陶瓷基材22、第三陶瓷基材41和第四陶瓷基材42厚度均为0.15mm；
射频传输线1、上部陶瓷基材2、第一金属层3、下部陶瓷基材4和第二金属层5在相同位置上设置通孔，通孔数量为4个，均匀分布在谐振式带状线12两侧，通孔直径为0.2mm，位于谐振式带状线12同侧的两个通孔间距为0.5mm，跨谐振式带状线12的两个相邻通孔间距为0.9mm。
如图7所示，本实施例的电路性能良好。
测试结果显示，本实施例的插损在0.5dB以下。
实施例3的设计方法为：
(1)首先选定高温陶瓷基材，单层厚度0.15mm。共计四层构成射频过渡结构。
(2)高温陶瓷过渡部分上下均采用金属覆盖。其中上两层高温陶瓷基材为气密过渡结构。过渡结构中设置四个金属通孔屏蔽电磁场。
(3)射频传输线分为微带线部分和谐振式带状线部分。微带线在下两层高温陶瓷上传输，谐振式带状线部分在上下四层高温陶瓷中传输；
(4)设计好过渡结构后进行频率仿真，过渡结构频率特性和双扇形谐振结构距离相关，其工作波长是双扇形过渡结构纵向距离8的10倍。
步骤(1)中选定介电常数为9.8的高温陶瓷基材，单层厚度为0.15mm。过渡结构共计采用4层高温陶瓷，微带线基材为2层高温陶瓷，厚度0.3mm。谐振式带状线上下基材厚度各0.3mm，谐振式带状线下部基材和微带线共用，上部基材为独立高温瓷基材。上部基材为2层高温陶瓷，厚度0.3mm，谐振式带状线长度为1mm。
所述步骤(2)在四层高温陶瓷基材中存在两种射频传输形式，分别为微带线和谐振式带状线。微带线和带状线分别需要参考地实现电磁场的闭环。高温陶瓷的最上层和最下层分别铺设金属层覆盖。同时为保证电磁泄漏，在过渡结构中制作4个电路通孔。通孔直径为0.2mm，同侧通孔间距0.5mm，跨带状线方向通孔间距0.9mm。
所述步骤(3)射频传输线分为微带线、谐振式带状线。微带线电路基材厚0.3mm，微带线线宽0.28mm。过渡到谐振带状线后带状线线宽0.08mm。微带线在距离过渡结构分界处0.2mm开始变窄，到上下层陶瓷分界处时收窄至0.08mm。谐振式扇形印制图形扇形半径为0.3mm，夹角80°。两个扇形印谐振制图形对称分布在带状线两侧。谐振式带状线长度为1mm，在过渡结构两侧边缘处分别放置两个扇形谐振印制图形。在带状线传输方向扇形谐振印制图形按中心点对称排布。此种传输结构可使用于不同频率，实际根据波长和扇形谐振图形距离对应关系设计。扇形谐振图形沿带状线纵向距离大约为波长的1/10。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，其特征在于：包括射频传输线(1)，设置在所述射频传输线(1)上部的上部陶瓷基材(2)，设置在所述上部陶瓷基材(2)上部的第一金属层(3)，设置在所述射频传输线(1)下部的下部陶瓷基材(4)和设置在所述陶瓷基材(4)下部的第二金属层(5)；
所述射频传输线(1)包括依次连接的第一微带线(11)、谐振式带状线(12)、第二微带线(13)和设置在所述谐振式带状线(12)两侧的扇形印谐振制图形(14)；
所述第一微带线(11)包括第一外侧微带线(111)和第一过渡结构(112)，所述第一过渡结构(112)与所述谐振式带状线(12)连接；所述第二微带线(13)包括第二外侧微带线(131)和第二过渡结构(132)，所述第二过渡结构(132)与所述谐振式带状线(12)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，其特征在于：所述第一过渡结构(112)与所述第一外侧微带线(111)连接一端的宽度与所述第一外侧微带线(111)的宽度相同，所述第一过渡结构(112)与所述谐振式带状线(12)连接一端的宽度与所述谐振式带状线(12)的宽度相同；
所述第二过渡结构(132)与所述第二外侧微带线(131)连接一端的宽度与所述第二外侧微带线(131)的宽度相同，所述第二过渡结构(132)与所述谐振式带状线(12)连接一端的宽度与所述谐振式带状线(12)的宽度相同。
3.根据权利要求2所述的一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，其特征在于：所述第一外侧微带线(111)和所述第二外侧微带线(131)的宽度为0.28mm，所述谐振式带状线(12)宽度为0.08mm，所述第一过渡结构(112)和所述第二过渡结构(132)的长度为0.2mm，所述谐振式带状线(12)长度为1mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，其特征在于：所述扇形印谐振制图形(14)至少为两个。
5.根据权利要求4所述的一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，其特征在于：所述扇形印谐振制图形(14)为四个且沿所述谐振式带状线(12)中心均匀的分布在所述谐振式带状线(12)两侧边缘处。
6.根据权利要求1所述的一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，其特征在于：所述扇形印谐振制图形(14)半径为0.3mm，所述扇形印谐振制图形(14)夹角为80°。
7.根据权利要求1所述的一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，其特征在于：所述上部陶瓷基材(2)包括重叠放置的第一陶瓷基材(21)和第二陶瓷基材(22)，所述下部陶瓷基材(4)包括重叠放置的第三陶瓷基材(41)和第四陶瓷基材(42)，所述第一陶瓷基材(21)、所述第二陶瓷基材(22)、所述第三陶瓷基材(41)和所述第四陶瓷基材(42)厚度、宽度相同，所述第一陶瓷基材(21)、所述第二陶瓷基材(22)长度与所述谐振式带状线(12)长度相同，所述第三陶瓷基材(41)和所述第四陶瓷基材(42)长度与所述射频传输线(1)长度相同。
8.根据权利要求7所述的一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，其特征在于：所述第一陶瓷基材(21)、所述第二陶瓷基材(22)、所述第三陶瓷基材(41)和所述第四陶瓷基材(42)厚度均为0.15mm。
9.根据权利要求1所述的一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，其特征在于：所述射频传输线(1)、所述上部陶瓷基材(2)、所述第一金属层(3)、所述下部陶瓷基材(4)和所述第二金属层(5)在相同位置上设置通孔。
10.根据权利要求9所述的一种基于谐振式高温陶瓷过渡电路，其特征在于：所述通孔数量为4个，均匀分布在所述谐振式带状线(12)两侧，所述通孔直径为0.2mm，位于所述谐振式带状线(12)同侧的两个所述通孔间距为0.5mm，跨所述谐振式带状线(12)的两个相邻所述通孔间距为0.9mm。
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