CN114221108B - 传输装置 - Google Patents
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Abstract
公开了一种传输装置，包括依次设置的微带线、介质集成波导结构和激励单元，激励单元上方设置金属波导，电磁波由微带线输入，由金属波导输出。本发明的传输装置通过介质集成波导结构连接微带线与激励单元，将微带线与设置在激励单元上的金属波导分隔开，使金属波导可直接与激励单元周围的金属层密封连接，避免了金属波导的开窗需求，降低了电磁波传递至金属波导的空间损耗，提高了电磁波至金属波导的传输效率。
Description
技术领域
本发明涉及电磁波传输技术领域，具体地，涉及传输装置。
背景技术
在电磁波的传输领域中，尤其是在微波或毫米波的传输过程中，通常需要将微波信号在波导和微带线之间进行传输，此时，就需要一种能够有效转换波导和微带传输线之间能量的转换装置。
参照图1，在现有技术的传输装置100中，基板110上设置微带线111，微带线111末端设置偶极子112作为激励单元，激励单元将通过微带线111接收的电磁波辐射至设置在偶极子112上方的金属波导120的管腔中。
其中，为避免微带线111与金属波导120的直接接触导致的传输线路短路，需要在金属波导120与微带线111的交接位置增加一个开窗结构121，然而开窗结构的增加，会导致电磁波的泄露，进而导致转换损耗增加。
在实际应用中，金属波导120均为标准件，不便于开窗，实际的实现都是在金属波导和微带线之间增加一个金属垫片，在金属垫片上开窗，实现金属波导与微带线的隔离，但需要机械加工的垫片增加了转换结构的成本，同时非传输用的结构件的增加，会带来相应误差的增加，使传输装置的整体良率下降。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种传输装置，从而解决微带线与金属波导的交接问题，提高传输装置的电磁波传输效率。
根据本发明的一方面，提供一种传输装置，用于电磁波的传输，包括：
依次设置第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域包括微带线，所述第二区域包括介质集成波导结构，所述第三区域包括激励单元和设置在所述激励单元上方的金属波导，所述金属波导的管口边缘围绕所述激励单元设置，其中，
输入电磁波通过所述微带线、所述介质集成波导结构、所述激励单元依次传递，并通过所述激励单元向所述金属波导的管腔辐射电磁波。
可选地，还包括：
介质基板，包括金属化通孔；
顶层金属层，设置在所述介质基板的顶层；
底层金属层，设置在所述介质基板的底层，所述底层金属层通过所述金属化通孔与所述顶层金属层电连接，其中，
所述顶层金属层包括所述微带线、所述激励单元和所述介质集成波导结构的顶层金属，
所述金属波导立于所述顶层金属层上。
可选地，所述顶层金属层包括位于所述第一区域中的第一开窗区，所述激励单元设置在所述第一开窗区内；
所述激励单元通过馈电部与所述顶层金属层的其它部分连接。
可选地，所述金属化通孔还设置在所述第一开窗区的边缘位置。
可选地，设置在所述激励单元周围的金属化通孔的中心至所述第一开窗区的边缘的距离小于或等于0.4毫米。
可选地，所述金属波导的管口内边缘与所述第一开窗区的边缘重合。
可选地，所述金属波导的输入端的外延结构还覆盖所述第一开窗区的边缘位置的金属化通孔。
可选地，所述金属化通孔的孔直径为0.25至0.35毫米。
可选地，所述金属化通孔在第一方向上的间距小于十分之一的介质波长，所述第一方向与电磁波的输入方向一致。
可选地，所述顶层金属还包括第二开窗区；
所述微带线设置在所述第二开窗区内；
所述金属化通孔还设置在所述微带线两侧的所述第二开窗区的边缘位置。
可选地，所述微带线两侧的金属化通孔的中心距离为所述微带线宽度的5至7倍。
可选地，所述微带线包括阻抗匹配结构，所述微带线通过所述阻抗匹配结构与所述介质集成波导结构的顶层金属连接；
所述微带线至所述介质集成波导结构的反射参数在目标带宽内小于-10dB。
可选地，
所述第二开窗区包括与所述阻抗匹配结构对应的第一部分和与所述微带线的主体结构对应第二部分，所述第一部分的宽度大于所述第二部分的宽度。
可选地，所述阻抗匹配结构的宽度由所述微带线向所述介质集成波导结构线性增加。
可选地，所述阻抗匹配结构包括两条曲线型缝隙，所述两条曲线型缝隙的一端分别延伸至所述微带线的两侧，另一端向所述介质集成波导结构的两侧延伸，且曲线向所述介质集成波导结构的内侧弯曲。
可选地，所述介质集成波导结构的两侧的金属化通孔的中心距离为二分之一的介质波长。
本发明提供的传输装置通过介质集成波导结构连接微带线与激励单元，将微带线与设置在激励单元上的金属波导分隔开，使金属波导可直接与激励单元周围的金属层密封连接，避免了金属波导的开窗需求，降低了电磁波传递至金属波导的空间损耗，提高了电磁波至金属波导的传输效率。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出了根据现有技术的传输装置的结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例的传输装置的立体结构示意图；
图3示出了根据本发明实施例的传输装置的俯视结构示意图；
图4示出了根据本发明实施例的传输装置的参数仿真数据；
图5A和图5B示出了根据本发明实施例的传输装置的其它可选的激励单元的结构示意图；
图6A和图6B示出了根据本发明实施例的传输装置的其它可选的阻抗匹配结构的结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图2示出了根据本发明实施例的传输装置的立体结构示意图。
参照图2，本发明实施例的传输装置200在介质基板201上层和下层分别设置顶层金属层202和底层金属层203，介质基板201中设置金属化通孔11，使顶层金属层202和底层金属层203电连接。
其中，介质基板201为绝缘材料，例如为印刷电路板的惯用材料(例如RF4板材、罗杰斯系列板材等)；顶层金属层202和底层金属层203为铜、铝、铝合金等导电材料，介质基板201与顶层金属层202和底层金属层203的整体结构例如为PCB(Printed Circuit Board，中文名称为印制电路板，又称印刷线路板)结构。
传输装置200整体包括沿第一方向(在本实施例中，对应介质基板201的长度方向)依次设置的第一区域01、第二区域02和第三区域03，第一区域01的顶层金属层202包括激励单元21，第三区域03的顶层金属层202包括微带线23，第二区域02对应介质集成波导结构，该介质集成波导结构两侧的多个金属化通孔11各自沿第一方向排布。
激励单元21上方设置金属波导204，且与金属波导204的管腔对应，激励单元21与金属波导204无直接的电接触，激励单元21的馈电部与介质集成波导结构的顶层金属连接，以接收通过介质集成波导结构传递的电磁波，并根据接收的电磁波辐射至金属波导204的管腔中，实现电磁波由微带结构至金属波导的传输。
本发明实施例的传输装置通过介质集成波导结构将微带线23接入的电磁波传输至激励单元21，金属波导204与介质集成波导结构的顶层金属的电接触不影响激励单元21的电磁性能，从而可实现金属波导204与顶层金属层202的紧密接触，避免电磁波在激励单元21至金属波导204之间的空间的泄露损耗，提高的电磁波的传输效率。
图3示出了根据本发明实施例的传输装置的俯视结构示意图。
进一步参照图3，在本实施例中的传输装置200中，其第一区域01的顶层金属层202设置有第一开窗区31，激励单元21设置在第一开窗区31内，激励单元21仅通过其馈电部211连接至顶层金属层202的其它部分，即激励单元21仅通过其馈电部211与第二区域02的介质集成波导结构22的顶层金属连接。
在本实施例中，激励单元21整体为“E”字形结构，且“E”字形结构的三个平行枝节中的中间枝节连接馈电部211，并与馈电部211平行，整体为轴对称结构，且中间枝节的宽度大于两侧枝节的宽度。
在本实施例中，第一开窗区31的边缘与金属波导204的管腔的内边缘重合。
金属化通孔11还设置在第一开窗区31的边缘位置，第一开窗区31周围的金属化通孔11围绕第一开窗区31设置，且为半包围排布，延伸至介质集成波导结构22的两侧的金属化通孔11。在本实施例中给，第一开窗区31周围的各金属化通孔11的孔中心至第一开窗区31的边缘的距离D1小于或等于0.4毫米。
在本实施例中，金属波导204的外延结构(对应导管的厚度区域，或“工”字形金属波导的外延结构)完全覆盖对应位置的金属化通孔11，并通过金属化通孔11或顶层金属层202与底层金属层203连接，底层金属层203可用于接地。
第二区域02的介质集成波导结构22的两侧的金属化通孔11的距离D2为二分之一个介质波长，其中，介质波长为对应工作频率的电磁波在介质基板201中的波长。
在本实施例中，介质集成波导结构22的传输路径为直线，且与第一方向一致，即传输电磁波的输出方向与第一方向一致，对应激励单元21设置在第一方向上，在可选实施例中，介质集成波导结构22的传输路径为折线、曲线或其它路径，对应的激励单元21设置在介质集成波导结构22输出电磁波的输出方向上，整体与第一方向一致或不一致。
第三区域03的顶层金属层202设置有第二开窗区32，微带线23设置在第二开窗区32的介质基板203上，且金属化通孔11还设置在第二开窗区32两侧的边缘位置处。
在本实施例中，微带线23的主体部分两侧的金属化通孔11的孔中心的距离D3为微带线23的主体部分的宽度W1的5至7倍，微带线23的主体部分的宽度W1的尺寸根据实际需求确认，在此不作详述。
微带线23还包括与介质集成波导结构22的顶层金属连接的阻抗匹配结构231，第二开窗区32与该阻抗匹配结构231对应区域的宽度与阻抗匹配结构231的尺寸相匹配，在本实施例中，阻抗匹配结构231包括与连续的第一部分和第二部分，第一部分连接微带线23的主体部分，第二部分连接介质集成波导结构22的顶层金属，且第一部分的宽度大于第二部分的宽度。阻抗匹配结构231用于使微带线23传递至介质集成波导结构22的电磁波的反射参数小于-10dB。
在本实施例中，金属化通孔11的整体排布围绕“T”字形的外围进行，在其排布路径上，相邻的金属化通孔11的中心间距为0.5毫米，各金属化通孔11的孔直径为0.3毫米，对应不同的工作频率要求，相邻金属化通孔11的中心间距不同，且均小于对应工作频率的电磁波的十分之一的介质波长，在此对其具体选择不作尽述。
在本实施例中，阻抗匹配结构231两侧的金属化通孔11的中心距离与介质集成波导结构22的两侧的金属化通孔11的中心距离D2一致，实际可根据阻抗匹配结构231的具体尺寸和对应的开窗区的尺寸进行选择设计，在此不作详述。
图4示出了根据本发明实施例的传输装置的参数仿真数据。
如图4所示，其中，S1曲线为传输增益曲线，S2为反射增益曲线，m1点坐标为(77，-2.1570)，m2点坐标为(80，-2.2389)，根据图4可知，本发明实施例的传输装置200在76～81GHz范围内的反射参数低于-10dB，传输损耗最大为2.23dB，电磁波传输中的反射少，损耗低。
图5A和图5B示出了根据本发明实施例的传输装置的其它可选的激励单元的结构示意图。
参照图5A，本实施例的激励单元21整体呈“E”字形结构，且“E”字形结构的三个平行枝节中的中间枝节连接馈电部211，并与馈电部211平行，整体为轴对称结构，且中间枝节的宽度与馈电部211的宽度一致，并小于两侧枝节的宽度。
参照图5B，本实施例的激励单元21整体包括一梯形结构和方形结构，方形结构的一边与梯形结构的长底边连接，且长度一致；梯形结构的短底边与馈电部211连接，且尺寸与馈电部的宽度一致；在方形结构中还包括一“冖”字形缝隙，“冖”字形缝隙的开口朝向与远离馈电部211的方向一致，角结构的部分为直角结构。
其中，激励单元21用于将电磁波向空间辐射，以将电磁波传递至金属波导，其具体结构例如上述各实施例所示，但可以理解，任何可以实现电磁波向空间辐射的微带天线结构均可用于本发明的传输装置的实现，本申请对激励单元21的具体结构不作特别限定。
图6A和图6B示出了根据本发明实施例的传输装置的其它可选的阻抗匹配结构的结构示意图。
参照图6A，本实施例的阻抗匹配结构231为梯形结构(等腰梯形)，其短边与微带线23连接，且尺寸与微带线23的宽度一致；其长边与介质集成波导结构22的顶层金属221连接，且该长边的尺寸小于对应的第二开窗区的宽度，其具体尺寸根据阻抗匹配结构231使微带线23传递至介质集成波导结构22的电磁波的反射参数小于-10dB的参数要求具体设计，本申请对其具体尺寸不作特别限定。
参照图6B，本实施例的微带线23与介质集成波导结构22的顶层金属221的连接区域的金属层结构包括堆成的两个曲线型缝隙，该两个曲线型缝隙的一端与微带线23的侧边贴合，另一端向介质集成波导结构22延伸，且向微带线23的两侧空间弯曲，同时在微带线23的两侧的顶层金属层202上形成两个凸向微带线23的耳结构(形似四分之一椭圆结构)，两个曲线型缝隙的另一端之间的间距为L1，曲线型缝隙的两端的第一方向上的距离为L2，通过调节L1和L2，使反射参数小于-10dB，根据具体的工作频率的不同，其L1和L2的配置不同，在此不作详述。即两条曲线型缝隙的一端分别延伸至微带线23的两侧，另一端向介质集成波导结构22导的两侧延伸，且曲线向介质集成波导结构22的内侧弯曲。
本发明提供的传输装置通过介质集成波导结构连接微带线与激励单元，将微带线与设置在激励单元上的金属波导分隔开，使金属波导可直接与激励单元周围的金属层密封连接，避免了金属波导的开窗需求，降低了电磁波传递至金属波导的空间损耗，提高了电磁波至金属波导的传输效率。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (15)
1.一种传输装置，用于电磁波的传输，包括：
依次设置第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域包括微带线，所述第二区域包括介质集成波导结构，所述第三区域包括激励单元和设置在所述激励单元上方的金属波导，所述金属波导的管口边缘围绕所述激励单元设置，
顶层金属层，设置在介质基板的顶层，所述顶层金属层包括位于所述第一区域中的第一开窗区，其中，
输入电磁波通过所述微带线、所述介质集成波导结构、所述激励单元依次传递，并通过所述激励单元向所述金属波导的管腔辐射电磁波，所述激励单元设置在所述第一开窗区内；所述激励单元通过馈电部与所述顶层金属层的其它部分连接，所述微带线与所述介质集成波导结构的顶层金属连接。
2.根据权利要求1所述的传输装置，其中，还包括：
介质基板，包括金属化通孔；
底层金属层，设置在所述介质基板的底层，所述底层金属层通过所述金属化通孔与所述顶层金属层电连接，其中，
所述顶层金属层包括所述微带线、所述激励单元和所述介质集成波导结构的顶层金属，
所述金属波导立于所述顶层金属层上。
3.根据权利要求2所述的传输装置，其中，
所述金属化通孔还设置在所述第一开窗区的边缘位置。
4.根据权利要求3所述的传输装置，其中，
设置在所述激励单元周围的金属化通孔的中心至所述第一开窗区的边缘的距离小于或等于0.4毫米。
5.根据权利要求1所述的传输装置，其中，
所述金属波导的管口内边缘与所述第一开窗区的边缘重合。
6.根据权利要求3所述的传输装置，其中，
所述金属波导的输入端的外延结构还覆盖所述第一开窗区的边缘位置的金属化通孔。
7.根据权利要求2所述的传输装置，其中，
所述金属化通孔的孔直径为0.25至0.35毫米。
8.根据权利要求2所述的传输装置，其中，
所述金属化通孔在第一方向上的间距小于十分之一的介质波长，所述第一方向与电磁波的输入方向一致。
9.根据权利要求2所述的传输装置，其中，
所述顶层金属还包括第二开窗区；
所述微带线设置在所述第二开窗区内；
所述金属化通孔还设置在所述微带线两侧的所述第二开窗区的边缘位置。
10.根据权利要求9所述的传输装置，其中，
所述微带线两侧的金属化通孔的中心距离为所述微带线宽度的5至7倍。
11.根据权利要求9所述的传输装置，其中，
所述微带线包括阻抗匹配结构，所述微带线通过所述阻抗匹配结构与所述介质集成波导结构的顶层金属连接；
所述微带线至所述介质集成波导结构的反射参数在目标带宽内小于-10dB。
12.根据权利要求11所述的传输装置，其中，
所述第二开窗区包括与所述阻抗匹配结构对应的第一部分和与所述微带线的主体结构对应第二部分，所述第一部分的宽度大于所述第二部分的宽度。
13.根据权利要求11所述的传输装置，其中，
所述阻抗匹配结构的宽度由所述微带线向所述介质集成波导结构线性增加。
14.根据权利要求11所述的传输装置，其中，
所述阻抗匹配结构包括两条曲线型缝隙，所述两条曲线型缝隙的一端分别延伸至所述微带线的两侧，另一端向所述介质集成波导结构的两侧延伸，且曲线向所述介质集成波导结构的内侧弯曲。
15.根据权利要求1所述的传输装置，其中，
所述介质集成波导结构的两侧的金属化通孔的中心距离为二分之一的介质波长。
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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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