CN112864559A - 一种基于siw的多层介质板过渡转换结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SIW的多层介质板过渡转换结构，属于微波毫米波电路工程技术领域，包括微波毫米波介质板、设计的金属孔以及刻蚀的电路图形，过渡转换结构可分为耦合差分线，SIW，辐射耦合等部分，部分可以用于采用SIW的微波毫米波系统电路中；所述微波毫米波介质板的类型取决于相应的工作频段，形成导波的载体；所述金属孔及电路图形由相应工艺实现，起到导波以及辐射耦合作用。本发明通过将耦合差分线转成单端线，在SIW内采用单个过孔辐射耦合的方式，实现了宽带层间过渡，解决了不同厚度SIW层间过渡耦合的难题，相对带宽可以达到50％，转换路径较短，转换损耗低，具有优良的性能。

Description

一种基于SIW的多层介质板过渡转换结构

技术领域

本发明涉及微波毫米波电路工程技术领域，具体涉及一种基于SIW的多层介质板过渡转换结构。

背景技术

由于具有高Q、低插损以及高功率容量等优点，传统金属波导已经在微波毫米波电路系统里面被广泛采用，可是金属波导体积大，价格高，不方便与平面电路集成。而微带线虽然加工集成方便，但是其在高频时具有很大的插入损耗微波，为了结合金属波导和微带线共同的优点，前些年一些学者提出一种基片集成波导技术，这种技术采用在介质上打金属孔，从而形成介质填充波导的形式。

基片集成波导很适合与平面集成，并且可以使用多种加工工艺(PCB工艺、半导体工艺)大规模制造。在微波毫米波电路系统中，层间过渡转换结构是非常常见的电路组成部分。关于SIW(基片集成波导)结构的转换结构已经很多，比如微带线到SIW转换，矩形波导到SIW的转换，层间缝隙耦合结构，层间矩形窗耦合结构等等，在实际应用的过程中，涉及到层间转换，可能会面临更为复杂的状况，比如上下层SIW结构的层叠厚度差异很大，导致波导阻抗差异大，正常的缝隙矩形窗耦合已无法成功完成转换。现代微波毫米波电路经常采用差分走线，以增强对外界噪声的干扰，差分线的层间转换，也会面临不一样的困难，采用SIW同轴线过渡，在工艺限制、频率较高的情况下，亦很难完成转换或者无法实现。对一些滤波型的转换结构则工作带宽被限制的很严重。现代微波电路系统已经更趋向于小型化，采用各种最新的集成技术，比如SOP、SIP、SOC等等，SIW传输线由于其很好的抗干扰性能，对结构尺寸的鲁棒性也有非常多的应用，这其中必然会涉及到更多的层间转换结构，涉及到工艺技术像LTCC，硅基集成电路等。在毫米波段甚至更高差分线可以与SIW的TE20模形成良好的转换结构，并且基本不破坏差分线的抗干扰的优点，这样利用SIW的跨层特性为层间转换就提供了很大的空间与便利性。

由上可以看出，有效的层间转换结构具有很大的应用价值，更短的转换路径，更小的转换损耗，更鲁棒的转换性能是转换结构的目标，SIW技术可以将原初应用在矩形波导中的转换技术推广到三维集成电路领域。为此，提出一种基于SIW的多层介质板过渡转换结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决不同厚度SIW层间过渡耦合的难题，提供了一种基于SIW的多层介质板过渡转换结构。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括多层微波毫米波介质板、SIW导波结构、耦合线结构、辐射耦合部，所述SIW导波结构包括多个金属孔与设置在各层微波毫米波介质板上下表面的金属层，金属层之间通过所述金属孔连接，所述耦合线结构设置在多层所述微波毫米波介质板的两端，两端的所述耦合线结构通过所述辐射耦合部连接。

更进一步地，所述辐射耦合部包括单个金属孔磁耦合结构、金属层电耦合结构，一端耦合线结构、所述单个金属孔磁耦合结构、所述金属层电耦合结构、另一端耦合线结构依次连接。

更进一步地，所述单个金属孔磁耦合结构包括辐射金属孔、辐射金属块，所述辐射金属孔设置在所述辐射金属块的一端，所述辐射金属块的另一端与一端的所述辐射耦合部连接。

更进一步地，所述辐射耦合部包括层间错位波导转弯结构，所述金属层电耦合结构通过所述层间错位波导转弯结构与另一端的所述耦合线结构连接。

更进一步地，所述差分宽带层间过渡结构的工作频段为Ka波段。

更进一步地，所述耦合线结构分为带状线差分线与微带线差分线。

本发明相比现有技术具有以下优点：该基于SIW的多层介质板过渡转换结构，通过将耦合差分线转成单端线，在SIW内采用单个过孔辐射耦合的方式，实现了宽带层间过渡，解决了不同厚度SIW层间过渡耦合的难题，相对带宽可以达到50％，转换路径较短，转换损耗低，具有优良的性能，值得被推广使用。

附图说明

图1是本发明实施例中第一种差分宽带层间过渡结构的结构示意图；

图2是本发明实施例中第一种差分宽带层间过渡结构的一侧视图；

图3是本发明实施例中第一种差分宽带层间过渡结构的方框区域的局部放大图；

图4是本发明实施例中第二种差分宽带层间过渡结构的结构示意图；

图5是本发明实施例中第二种差分宽带层间过渡结构的一侧视图；

图6是本发明实施例中第一种差分宽带层间过渡结构中微波毫米波介质板的板层数量及规格示意图；

图7是本发明实施例中第二种差分宽带层间过渡结构中微波毫米波介质板的板层数量及规格示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提供一种技术方案：一种基于SIW的多层介质板过渡转换结构，包括多层的微波毫米波介质板、通过金属孔及金属图形层构成的SIW导波结构、通过微带差分线或者带状线差分线构成的耦合线结构、通过金属孔及金属图形层构成的辐射耦合部分；

所述多层微波毫米波介质板，可以用对应于多种微波毫米波适用的制造加工工艺；

所述SIW导波结构，其金属孔及金属图形层可用多种微波毫米波适用的制造加工工艺实现，且结构尺寸不固定；

所述耦合线结构，其阻抗以及尺寸由实际的工作频段及采用的介质确定；

所述辐射耦合部分，包括单个金属孔磁耦合结构、金属层电耦合结构、层间错位波导转弯结构。

所述多层介质板过渡转换结构的工作频段由采用的微波毫米波介质板以及相应的制造加工工艺所确定。

所述微波毫米波介质板，可采用PCB工艺、微电路工艺以及半导体工艺等制造加工。

所述多层介质板过渡转换结构必须满足导波结构的正常工作的限制条件。

所述耦合线结构分为微带线耦合线与带状线耦合线，具体的阻抗根据实际工作需求而定。

所述SIW导波结构包含基片集成波导以及基片集成同轴线，由过渡渐变的方式将紧耦合差分线的形式转换为单端形式。

所述电耦合与磁耦合以及层间错位转弯传输结构的具体尺寸由不同板材、层叠结构及工作频段确定。

所述电耦合与磁耦合以及层间错位转弯传输结构辐射耦合的两路信号始终是等幅反向的。

如图1～4所示，本实施例的一种基于SIW的差分宽带层间过渡结构，包括多层的微波毫米波介质板3、由金属孔1及金属图形层2构成的SIW导波结构、由微带差分线7或者带状线差分线8构成的耦合线、由辐射金属孔4及辐射金属块5构成的辐射耦合部分，其中辐射金属孔4主要是磁耦合效应，辐射金属块5主要是电耦合效应。

本实施例的各层微波毫米波介质板的上下表面均设置有金属层。

本实施例的金属层辐射耦合结构通过与辐射金属孔4相连的辐射金属块5构成。

本实施例中的差分宽带层间过渡结构的工作频段为Ka波段，具体频段大概在30GHz～40GHz。

本实施例中的微波毫米波介质板3为Rogers4350b，差分宽带层间过渡结构分为两种，第一种的多层微波毫米波介质板3从顶层到底层介质板的厚度分别是0.338mm、0.202mm、0.254mm、0.404mm、0.508mm。

本实施例中第一种差分宽带层间过渡结构的金属孔1分为金属通孔和金属盲孔，分别为顶层到底层的金属通孔、穿透顶层介质的金属盲孔、穿透底层介质的金属盲孔、穿透第三层到底层介质的金属盲孔，形成的SIW的宽度约为7mm，使用PCB标准工艺实现。如图6为微波毫米波介质板3板层数量及规格示意图。

本实施例中第二种差分宽带层间过渡结构的金属孔1分为通孔和盲孔，分别为顶层到底层的通孔、穿透底层介质的金属盲孔，形成的SIW宽度约为7mm，使用PCB标准工艺实现。如图7为微波毫米波介质板3板层数量及规格示意图。

本实施例中两种差分宽带层间过渡结构的辐射金属孔4的尺寸均为0.1mm，满足PCB工艺限制要求。

本实施例中的第一种差分宽带层间过渡结构包含了错位波导转弯结构(错位转弯部分6)，由多层金属盲孔实现，其中金属盲孔11穿透0.338mm rogers4350b介质层，金属盲孔22穿透0.508mm rogers4350b介质层，金属盲孔33穿透0.508mm Roger4350b、0.404mmRogers4450、0.254mm Rogers4350b三层介质层。通孔44穿透整个微波毫米波介质板3。所有的这些盲孔、通孔构成转弯波导结构将电磁波传输到顶层SIW导波结构中。

本实施例中的金属图形层2的厚度为1盎司。

本实施例中的带状线差分线8与微带线差分线7的差模阻抗均为100欧姆。

本实施例中将带状线差分线8转换为单端的形式采用同轴SIW渐变的方式。

根据仿真结果得知，本实施例中的两种差分宽带层间过渡结构工作的带宽内最终的驻波小于1.8，插损小于1dB。

工作原理：两种转换结构都先是带状线差分线8分为相互隔离的两路单端路线，然后通过电耦合磁耦合混合耦合(辐射金属孔4、辐射金属块5)的方式将在同轴SIW中传输的TEM信号转换为SIW中的两路反相TE10信号，由于层叠配置的不同，第一种转换结构中的TE10信号通过错位波导转弯结构6将信号传输到叠层的顶层，再在顶层将两路反相TE10信号合为SIW中传输的TE20信号，最后把TE20信号转换到差分耦合微带差分线7。第二种转换结构由于层叠较为简单一些，直接通过耦合的方式将TE20信号转换到耦合微带线7那一层介质中，再转换到耦合微带线7输出。

需要说明的是，在图6和图7中，“2层”和“4层”分别代表2层和4层半固化片，每层半固化片厚度为0.101mm，半固化片就是指图中的rogers4450。

综上所述，该基于SIW的多层介质板过渡转换结构，通过将耦合差分线转成单端线，在SIW内采用单个过孔辐射耦合的方式，实现了宽带层间过渡，解决了不同厚度SIW层间过渡耦合的难题，相对带宽可以达到50％，转换路径较短，转换损耗低，具有优良的性能，值得被推广使用。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种基于SIW的多层介质板过渡转换结构，其特征在于：包括多层微波毫米波介质板、SIW导波结构、耦合线结构、辐射耦合部，所述SIW导波结构包括多个金属孔与设置在各层微波毫米波介质板上下表面的金属层，金属层之间通过所述金属孔连接，所述耦合线结构设置在多层所述微波毫米波介质板的两端，两端的所述耦合线结构通过所述辐射耦合部连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于SIW的多层介质板过渡转换结构，其特征在于：所述辐射耦合部包括单个金属孔磁耦合结构、金属层电耦合结构，一端耦合线结构、所述单个金属孔磁耦合结构、所述金属层电耦合结构、另一端耦合线结构依次连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于SIW的多层介质板过渡转换结构，其特征在于：所述单个金属孔磁耦合结构包括辐射金属孔、辐射金属块，所述辐射金属孔设置在所述辐射金属块的一端，所述辐射金属块的另一端与一端的所述辐射耦合部连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于SIW的多层介质板过渡转换结构，其特征在于：所述辐射耦合部包括层间错位波导转弯结构，所述金属层电耦合结构通过所述层间错位波导转弯结构与另一端的所述耦合线结构连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于SIW的多层介质板过渡转换结构，其特征在于：所述差分宽带层间过渡结构的工作频段为Ka波段。

6.根据权利要求5所述的一种基于SIW的多层介质板过渡转换结构，其特征在于：所述耦合线结构有两种，分为带状线差分线与微带线差分线。

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