CN113659298A - 微波过渡结构、波导及集成电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微波过渡结构、波导及集成电路，该微波过渡结构包括介质基板、第一鳍线过渡层和第二鳍线过渡层，第一鳍线过渡层设置于介质基板的背面，第一鳍线过渡层具有第一过渡段，第二鳍线过渡层设置于介质基板的正面，第二鳍线过渡层具有第二过渡段，第一过渡段的渐变线与第二过渡段的第二传输线在介质基板上的正投影相交，第二鳍线过渡层上设置有第一通孔，第二过渡段的终点线经过第一通孔，第一通孔的孔壁与第一鳍线过渡层在介质基板上的正投影不重合。本发明技术方案可以使得谐振频率避开输出电磁波的频率，减小对过渡性能的影响，由于对第一通孔的精度要求并不是很高，因此降低了第一通孔的加工难度，降低了微波过渡结构的制造成本。

Description

微波过渡结构、波导及集成电路

技术领域

本发明涉及微波传输技术领域，特别涉及一种微波过渡结构、波导及集成电路。

背景技术

随着半导体技术的高速发展，混合微波集成电路(HMIC)和单片微波集成电路(MMIC)在毫米波频段已经得到了广泛应用，在现有的毫米波集成电路中更多的是采用微带线结构作为传输媒介，然而，在各种毫米波集成系统之间，大多采用损耗小、功率容量高的波导结构，由此，需要完成电磁信号在不同传输媒介之间的转换，即波导-微带转换。

波导-微带的过渡形式有很多种，目前常见的波导-微带过渡形式主要有阶梯脊波导过渡、微带探针过渡和对脊鳍线过渡，这些结构在一定范围内都可以实现较好的过渡性能，但阶梯脊波导过渡加工复杂，损耗较大，微带探针过渡结构其波导出口方向与电路平行，结构不紧凑，有些系统结构不合适安装短路活塞，调试复杂，而对脊鳍线过渡，结构简单，过渡方向与电路一致，在宽频带内可以实现较好的过渡性能，是现今普遍常用的波导-微带过渡结构。

由于对脊鳍线过渡结构在过渡频带内会有谐振频率产生，影响过度性能，因此，市场上的对脊鳍线过渡结构通常会加载金属孤岛片等措施，使得金属孤岛片位于渐变段的脊鳍线金属位置处，以抑制谐振频率，但是金属孤岛片与脊鳍线之间的缝隙必须足够小，这就要求要有足够的加工精度，但这无疑会增加加工成本，从而增加了对脊鳍线过渡结构的制造成本。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种微波过渡结构、波导及集成电路，旨在解决对脊鳍线过渡结构的制造成本高的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出的微波过渡结构安装于波导内，所述微波过渡结构包括：

介质基板，所述介质基板具有第一端、第二端、第三端和第四端，从所述第一端到所述第二端的方向与微波传输方向平行，从所述第三端到所述第四端的方向与所述微波传输方向垂直；

第一鳍线过渡层，所述第一鳍线过渡层设置于所述介质基板的背面，所述第一鳍线过渡层具有第一过渡段，所述第一过渡段的渐变线沿所述第一端至所述第二端的方向上从所述第三端延伸至所述第四端；

第二鳍线过渡层，所述第二鳍线过渡层设置于所述介质基板的正面，所述第二鳍线过渡层具有第二过渡段，所述第二过渡段的第二传输线沿所述第一端至所述第二端的方向上从所述第四端向所述第三端延伸，所述第一过渡段与所述第二过渡段在所述介质基板上的正投影在所述第一端不重合，所述第一过渡段的渐变线与所述第二过渡段的第二传输线在所述介质基板上的正投影相交，所述第二鳍线过渡层上设置有第一通孔，所述第二过渡段的终点线经过所述第一通孔，所述第一通孔的孔壁与所述第一鳍线过渡层在所述介质基板上的正投影不重合，其中，所述终点线与所述第三端到所述第四端的方向平行。

可选地，所述第二鳍线过渡层还具有传输段，所述传输段与所述第二过渡段相接，所述传输段设置有第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔连通，所述第一鳍线过渡层与所述第二鳍线过渡层在所述介质基板上的正投影重叠以形成微带线，所述微带线以所述终点线为起始点朝向所述第二端延伸。

可选地，所述第一过渡段的渐变线包括第一传输线和腔体线，所述第一传输线设置于所述第一端，所述腔体线与所述传输线相接，且所述腔体线与所述传输线的相接点与所述终点线在所述介质基板上的正投影重合，所述第一通孔的孔壁在所述介质基板上的正投影与所述腔体线在所述介质基板上的正投影间隔设置。

可选地，所述第一通孔的孔壁的靠近所述第四端的终点位于所述终点线的远离所述第二通孔的一侧。

可选地，所述第一传输线和所述第二传输线符合如下关系：

0<z<L；或

其中，W(z)为所述第一鳍线过渡层或所述第二鳍线过渡层的宽度，b为所述波导窄边宽度，w为所述微带线宽度，z为所述第一传输线或所述第二传输线对应的纵坐标，L为所述第二过渡段的长度，t为指数系数。

可选地，所述介质基板的第一端设置有第一通槽，所述第一通槽自所述介质基板的背面贯穿至所述介质基板的正面。

可选地，所述第一通槽的槽壁与所述微带线在所述介质基板的第一端的端面上的正投影重合。

可选地，所述介质基板的第三端设置有第二通槽，所述介质基板的第四端设置有第三通槽，所述第二通槽自所述第一鳍线过渡层贯穿至所述介质基板的正面，所述第三通槽自所述介质基板的背面贯穿至所述第二鳍线过渡层。

此外，本发明还提出一种波导，该波导包括：

如上述任一技术方案述及的微波过渡结构；

波导本体，所述波导本体上设置有插槽，所述微波过渡结构的介质基板插设于所述插槽内。

此外，本发明还提出一种集成电路，所述集成电路包括如上述任一技术方案述及的微波过渡结构。

本发明技术方案由于第二鳍线过渡层上设置有第一通孔，第一通孔的孔壁与第一鳍线过渡层在介质基板上的正投影不重合，因此，在将第一鳍线过渡层与第二鳍线过渡层正投影在介质基板上之后，会在第一通孔的孔壁与第一过渡段的渐变线之间的区域产生谐振频率，并能使该谐振频率避开输出电磁波的中心频率，减小产生的谐振频率对微波过渡结构的过渡特性的影响，其中，第二过渡段的终点线与从第三端到第四端的方向平行，而在设置第一通孔时，要求第一通孔位于终点线上；由于在开设第一通孔时，对第一通孔的精度要求并不是很高，因此降低了第一通孔的加工难度，从而降低了微波过渡结构的制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明波导一实施例的结构示意图；

图2为图1中微波过渡结构的结构示意图；

图3为传统对脊鳍线过渡结构的仿真曲线；

图4为在传统对脊鳍线过渡结构上设置第一通槽后的仿真曲线；

图5为图2中微波过渡结构的仿真曲线。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	介质基板	11	第一端
111	第一通槽	12	第二端
				13	第三端	131	第二通槽
14	第四端	141	第三通槽
				2	第一鳍线过渡层	21	第一过渡段
22	渐变线	221	第一传输线
				222	腔体线	3	第二鳍线过渡层
31	第二过渡段	32	第一通孔
				33	终点线	34	传输段
341	第二通孔	35	第二传输线
				4	微带线	5	波导本体

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种微波过渡结构，用于解决对脊鳍线过渡结构的制造成本高的技术问题。

如图2所示，为叙述方便，将介质基板1的端部分别定义为第一端11、第二端12、第三端13和第四端14，使得从第一端11到第二端12的方向与微波传输方向平行，从第三端13到第四端14的方向与微波传输方向垂直。

如图2所示，为了更清楚地表现微波过渡结构的第一鳍线过渡层2与第二鳍线过渡层3在介质基板1上的正投影关系，将第一鳍线过渡层2与第二鳍线过渡层3表现在同一平面内，在图2中，A面表示介质基板1的背面，B面表示介质基板1的正面。

在本发明实施例中，如图1及图2所示，该微波过渡结构安装于波导内，微波过渡结构包括介质基板1、第一鳍线过渡层2和第二鳍线过渡层3，第一鳍线过渡层2设置于介质基板1的背面，第一鳍线过渡层2具有第一过渡段21，第一过渡段21的渐变线22沿第一端11至第二端12的方向上从第三端13延伸至第四端14，第二鳍线过渡层3设置于介质基板1的正面，第二鳍线过渡层3具有第二过渡段31，第二过渡段31的第二传输线35沿第一端11至第二端12的方向上从第四端14向第三端13延伸，第一过渡段21与第二过渡段31在介质基板1上的正投影在第一端11不重合，第一过渡段21的渐变线22与第二过渡段31的第二传输线35在介质基板1上的正投影相交，第二鳍线过渡层3上设置有第一通孔32，第二过渡段31的终点线33经过第一通孔32，第一通孔32的孔壁与第一鳍线过渡层2在介质基板1上的正投影不重合，其中，终点线33与第三端13到第四端14的方向平行。

本发明技术方案的第一鳍线过渡层2设置于介质基板1的背面，第二鳍线过渡层3设置的于介质基板1的正面，第一鳍线过渡层2具有第一过渡段21，第一过渡段21的渐变线22沿第一端11至第二端12的方向上从第三端13延伸至第四端14，第二鳍线过渡层3具有第二过渡段31，第二过渡段31的第二传输线35沿第一端11至第二端12的方向上从第四端14向第三端13延伸，第一过渡段21与第二过渡段31在介质基板1上的正投影在第一端11不重合，使得第一过渡段21的渐变线22与第二过渡段31的第二传输线35在介质基板1上的正投影相交，以便形成微带线4，从而使得介质基板1、第一鳍线过渡层2和第一鳍线过渡层2形成对脊鳍线过渡结构，以便电磁波可以在微带线4与波导之间转换并传输；由于第二鳍线过渡层3上设置有第一通孔32，第一通孔32的孔壁与第一鳍线过渡层2在介质基板1上的正投影不重合，因此，在将第一鳍线过渡层2与第二鳍线过渡层3正投影在介质基板1上之后，会在第一通孔32的孔壁与第一过渡段21的渐变线22之间的区域产生谐振频率，并能使该谐振频率避开输出电磁波的中心频率，减小产生的谐振频率对微波过渡结构的过渡特性的影响，其中，第二过渡段31的终点线33与从第三端13到第四端14的方向平行，而在设置第一通孔32时，要求第一通孔32位于终点线33上；由于在开设第一通孔32时，对第一通孔32的精度要求并不是很高，因此降低了第一通孔32的加工难度，从而降低了微波过渡结构的制造成本。

可以理解地，在本实施例中，第一过渡段21的渐变线22为第一过渡段21的渐变轮廓线，第二过渡段31的第二传输线35为第二过渡段31的渐变轮廓线；第一通孔32并未贯穿介质基板1，介质基板1可以为RT/duriod5880基片，厚度为0.1mm。

可选地，在本实施例中，第一鳍线过渡层2和第二鳍线过渡层3均为金属铜层。

在一实施例中，如图2所示，第二鳍线过渡层3还具有传输段34，传输段34与第二过渡段31相接，传输段34设置有第二通孔341，第二通孔341与第一通孔32连通，第一鳍线过渡层2与第二鳍线过渡层3在介质基板1上的正投影重叠以形成微带线4，微带线4以终点线33为起始点朝向第二端12延伸，以通过调整第二通孔341在第三端13至第四端14方向上的宽度，从而调整微带线4的宽度。

可选地，在本实施例中，微带线4为50Ω微带线4，第二通孔341为矩形孔，第二通孔341以终端线为起点向介质基板1的第二端12延伸。

在一实施例中，如图2所示，第一过渡段21的渐变线22包括第一传输线221和腔体线222，第一传输线221设置于第一端11，腔体线222与传输线相接，且腔体线222与传输线的相接点与终点线33在介质基板1上的正投影重合，第一通孔32的孔壁在介质基板1上的正投影与腔体线222在介质基板1上的正投影间隔设置，以使第一通孔32在第三端13到第四端14方向上的宽度小于腔体线222在第三端13到第四端14方向上的宽度，且在将第一鳍线过渡层2与第二鳍线过渡层3正投影在介质基板1上之后，第一通孔32在终点线33的位于腔体线222与终点线33交点的远离第三端13的一侧，以使产生的谐振频率避开输出电磁波的中心频率，进一步减小谐振频率对微波过渡结构的过渡特性的影响。

在一实施例中，如图2所示，第一通孔32的孔壁的靠近第四端14的终点位于终点线33的远离第二通孔341的一侧，使得第二通孔341在第四端14有足够的空腔，从而使得谐振频率避开输出电磁波的中心频率，更进一步减小谐振频率对微波过渡结构的过渡特性的影响。

可选地，如图2所示，在本实施例中，第一通孔32为四分之一圆孔，第一通孔32的圆心位于终点线33上，第一通孔32也可以为矩形孔，还可以为多边形孔，在此处对第一通孔32的形状不作限定；腔体线222的轮廓形状为四分一圆，腔体线222的圆心与终点线33在介质基板1上的正投影重合，腔体线222的轮廓形状也可以为矩形孔，还可以为多边形孔，在此处对腔体线222的轮廓形状不作限定。

在一实施例中，第一传输线221和第二传输线35符合如下关系：

0<z<L；或

其中，W(z)为第一鳍线过渡层2或第二鳍线过渡层3的宽度，b为波导窄边宽度，w为微带线4宽度，z为第一传输线221或第二传输线35对应的纵坐标，L为第二过渡段31的长度，t为指数系数。

在本实施例中，通过上述关系式设计第一传输线221和第二传输线35，可以实现较低的插入损耗和较低的回波损耗，具体地，可以采用Spline曲线来设计第一传输线221和第二传输线35，Spline曲线是一种以节点控制弯曲程度的顺滑的自由曲线，它通过选取节点的个数和位置的不同来模拟曲线曲率。

在本实施例中，第二过渡段31在第一端11到第二端12方向上的长度(即第一端11到终端线的长度)L越大，发射系数越小，回波损耗越小，但是会导致微波过渡结构的尺寸增大，为了平衡发射系数、回波损耗和微波过渡结构的尺寸，第二过渡段31的长度L取1.5倍输出电磁波的波长。

可以理解地，在本实施例中，W(z)为第一鳍线过渡层2或第二鳍线过渡层3在第三端13到第四端14方向上的宽度，z为第一传输线221或第二传输线35上任意一点到第一端11的距离，即为第一传输线221或第二传输线35对应的纵坐标，t为指数系数，可以由设计者根据实际情况自行设定。

在一实施例中，如图2所示，介质基板1的第一端11设置有第一通槽111，第一通槽111自介质基板1的背面贯穿至介质基板1的正面，以改善从波导到微带线4的连续性，使得微波过渡结构从第一端11到第二端12的阻抗连续变化，提高微波过渡结构的过渡性能。

在一实施例中，如图2所示，第一通槽111的槽壁与微带线4在介质基板1的第一端11的端面上的正投影重合，以进一步改善从波导到微带线4的连续性，使得微波过渡结构从第一端11到第二端12的阻抗连续变化，更好地提高微波过渡结构的过渡性能。

可选地，在本实施例中，第一通槽111为半圆柱形通槽，第一通槽111也可以为矩形通槽，在此处不对第一通槽111的轮廓形状作限定。

在本实施例中，如图2所示，微带线4和第二通槽131均位于第三端13到第四端14方向上的中间位置。

在一实施例中，如图2所示，介质基板1的第三端13设置有第二通槽131，介质基板1的第四端14设置有第三通槽141，第二通槽131自第一鳍线过渡层2贯穿至介质基板1的正面，第三通槽141自介质基板1的背面贯穿至第二鳍线过渡层3，可以节省材料，降低成本。

在本实施例中，如图2所示，第二通槽131和第三通槽141均设置为多个，多个第二通槽131和多个第三通槽141均各自间隔设置。

在本实施例中，多个第二通槽131均匀设置，多个第三通槽141均匀设置。

可选地，在本实施例中，第二通槽131和/或第三通槽141为半圆柱形槽，也可以为矩形槽，在此处不作限定。

在对几种改进方案进行仿真后的结果如下：

图3为传统对脊鳍线过渡结构的仿真曲线，图4为在传统对脊鳍线过渡结构上设置第一通槽111后的仿真曲线，图5为本发明实施例图2中的微波过渡结构的仿真曲线，在图中，S(P1，P1)表示传输损耗，S(P2，P1)表示回波损耗，从图3、图4和图5的仿真结果可以看出，本发明实施例图2提供的微波过渡结构的传输性能得到了显著的提高，由图5的仿真曲线可以看出，当频率在103.68-118.27GHz范围内时，插入损耗小于0.1dB，回波损耗大于20dB，带宽范围为14％，当频率在100-156GHz范围内时，带宽范围为56％内，插入损耗小于0.5dB，回波损耗大于10dB，因此，本发明实施例的优选方案具有传输损耗低，回波损耗高，带宽范围宽的优点。

此外，如图1及图2所示，本发明实施例还提出一种波导，该波导包括波导本体5和上述任一实施例述及的微波过渡结构，波导本体5上设置有插槽，微波过渡结构的介质基板1插设于插槽内。

本发明实施例提出的波导包括波导本体5和微波过渡结构，该微波过渡结构的具体结构参照上述实施例，由于该波导采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

此外，本发明实施例还提供一种集成电路，该集成电路包括上述任一实施例述及的微波过渡结构。

本发明实施例提出的集成电路包括微波过渡结构，该微波过渡结构的具体结构参照上述实施例，由于该集成电路采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

可选地，该集成电路可以为混合微波集成电路(HMIC)，也可以为单片微波集成电路(MMIC)，在此处不作限定。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种微波过渡结构，所述微波过渡结构安装于波导内，其特征在于，所述微波过渡结构包括：

介质基板，所述介质基板具有第一端、第二端、第三端和第四端，从所述第一端到所述第二端的方向与微波传输方向平行，从所述第三端到所述第四端的方向与所述微波传输方向垂直；

第一鳍线过渡层，所述第一鳍线过渡层设置于所述介质基板的背面，所述第一鳍线过渡层具有第一过渡段，所述第一过渡段的渐变线沿所述第一端至所述第二端的方向上从所述第三端延伸至所述第四端；

第二鳍线过渡层，所述第二鳍线过渡层设置于所述介质基板的正面，所述第二鳍线过渡层具有第二过渡段，所述第二过渡段的第二传输线沿所述第一端至所述第二端的方向上从所述第四端向所述第三端延伸，所述第一过渡段与所述第二过渡段在所述介质基板上的正投影在所述第一端不重合，所述第一过渡段的渐变线与所述第二过渡段的第二传输线在所述介质基板上的正投影相交，所述第二鳍线过渡层上设置有第一通孔，所述第二过渡段的终点线经过所述第一通孔，所述第一通孔的孔壁与所述第一鳍线过渡层在所述介质基板上的正投影不重合，其中，所述终点线与所述第三端到所述第四端的方向平行。

2.如权利要求1所述的微波过渡结构，其特征在于，所述第二鳍线过渡层还具有传输段，所述传输段与所述第二过渡段相接，所述传输段设置有第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔连通，所述第一鳍线过渡层与所述第二鳍线过渡层在所述介质基板上的正投影重叠以形成微带线，所述微带线以所述终点线为起始点朝向所述第二端延伸。

3.如权利要求2所述的微波过渡结构，其特征在于，所述第一过渡段的渐变线包括第一传输线和腔体线，所述第一传输线设置于所述第一端，所述腔体线与所述传输线相接，且所述腔体线与所述传输线的相接点与所述终点线在所述介质基板上的正投影重合，所述第一通孔的孔壁在所述介质基板上的正投影与所述腔体线在所述介质基板上的正投影间隔设置。

4.如权利要求3所述的微波过渡结构，其特征在于，所述第一通孔的孔壁的靠近所述第四端的终点位于所述终点线的远离所述第二通孔的一侧。

5.如权利要求3所述的微波过渡结构，其特征在于，所述第一传输线和所述第二传输线符合如下关系：

或

其中，W(z)为所述第一鳍线过渡层或所述第二鳍线过渡层的宽度，b为所述波导窄边宽度，w为所述微带线宽度，z为所述第一传输线或所述第二传输线对应的纵坐标，L为所述第二过渡段的长度，t为指数系数。

6.如权利要求2所述的微波过渡结构，其特征在于，所述介质基板的第一端设置有第一通槽，所述第一通槽自所述介质基板的背面贯穿至所述介质基板的正面。

7.如权利要求6所述的微波过渡结构，其特征在于，所述第一通槽的槽壁与所述微带线在所述介质基板的第一端的端面上的正投影重合。

8.如权利要求1所述的微波过渡结构，其特征在于，所述介质基板的第三端设置有第二通槽，所述介质基板的第四端设置有第三通槽，所述第二通槽自所述第一鳍线过渡层贯穿至所述介质基板的正面，所述第三通槽自所述介质基板的背面贯穿至所述第二鳍线过渡层。

9.一种波导，其特征在于，所述波导包括：

如权利要求1-8任意一项所述的微波过渡结构；

波导本体，所述波导本体上设置有插槽，所述微波过渡结构的介质基板插设于所述插槽内。

10.一种集成电路，其特征在于，所述集成电路包括如权利要求1-8任意一项所述的微波过渡结构。

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