CN114284676B - 一种基于v型天线的波导-微带过渡结构 - Google Patents
一种基于v型天线的波导-微带过渡结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114284676B CN114284676B CN202111596289.4A CN202111596289A CN114284676B CN 114284676 B CN114284676 B CN 114284676B CN 202111596289 A CN202111596289 A CN 202111596289A CN 114284676 B CN114284676 B CN 114284676B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- waveguide
- microstrip
- substrate
- microstrip line
- chip
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
本发明属于毫米波器件设计技术领域，具体为一种基于V型天线的波导‑微带过渡结构。包括：沿输出方向依次设置的输入波导、窄边加宽波导、矩形腔以及用于后级芯片级联的芯片腔。通过基板正面的V型天线结构，将从输入波导传播的能量耦合到基板背面的共面带线结构中，再共面带线结构中的传输微带线将电磁波控制在共面带线结构中传输。由于接地微带线朝向传输微带线的边缘为一条对数曲线，配合接地孔，使电场方向从微带线垂直指向接地孔，最终电磁波能量低损耗传播到和芯片等宽的芯片腔中，完成波导与微带线的过渡。与现有技术相比，本发明的输入和输出接口处于同一水平面上，避免了传统过渡结构中存在的输入输出接口不一致、体积大等问题。
Description
技术领域
本发明属于毫米波器件设计技术领域，具体涉及一种基于V型天线的波导-微带过渡结构。
背景技术
毫米波(millimeter wave)：波长为1～10毫米的电磁波，它位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点,其有如下优点：
极宽的带宽：通常认为毫米波频率范围为26.5～300GHz，带宽高达273.5GHz；波束窄：在相同天线尺寸下毫米波的波束要比微波的波束窄得多。与激光相比，毫米波的传播受气候的影响要小得多，可以认为具有全天候特性；与微波相比，毫米波元器件的尺寸要小得多，毫米波系统更容易小型化。
毫米波在传输过程中对于环境尺寸较为敏感，因此降低毫米波在传输过程中的损耗是极为重要的。毫米波芯片一般为平面传输结构，在该频段，射频信号的输入和输出通常采用波导结构，因此需要实现波导和芯片的能量装换，即进行芯片和波导间的能量过渡研究。
传统的波导和传输线结构的过渡多采用E面或H面波导过渡的方式来实现，这种实现方式具有结构简单，设计方案成熟等优点。实际应用中，为了让波导中的场能够有效的传输到微带线上，必须对结构整体进行90度的弯折，因此存在着输入、输出接口不一致的问题；其次，受弯折影响，结构尺寸也必然增大，不利于器件小型化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于V型天线的波导-微带过渡结构，以解决现有过渡结构进行90弯折后导致的输入、输出接口不一致、器件尺寸大等问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于V型天线的波导-微带过渡结构，包括：沿电磁波输出方向依次设置的输入波导、窄边加宽波导、矩形腔以及用于后级芯片级联的芯片腔；
所述矩形腔内设置有基板，基板的正面设有天线结构，该天线结构是由两个大小相适应且相互平行的片上天线组成，两个片上天线之间形成有缝隙，缝隙对准电磁波传输方向；两个片上天线上均设有斜切一刀后形成的三角形开口和枝节；开口位于天线结构输入端靠近缝隙的一侧，两个斜切一刀的切线构成90°角；枝节位于天线结构输入端的端口远离缝隙的一侧；其中一个沿电磁波传输方向等距离设有至少3个用于接地的通孔，且该通过贯穿基板并与接地微带线相连；
基片的反面设有共面带线结构，共面带线结构包括两个微带线，两个微带线分别为传输微带线和接地微带线；接地微带线的前端与传输微带线平行，尾端逐渐加宽后向传输微带线靠拢且不接触；其中，前端是指靠近窄边加宽波导的一端。
进一步的，为提升传输速率，所述接地微带线朝向传输微带线的边缘为一条对数曲线。
进一步的，所述缝隙的宽度小于等于0.2mm。
进一步的，基板放置在矩形腔后，矩形腔底端的面积小于基板的面积以对基片形成承载的同时还减小了插入损耗。
进一步的，所述两个微带线前端部分的间距等于单个天线枝节a的长度。
进一步的，基于V型天线的波导-微带过渡结构中，在Y轴方向上，基板到输入波导与窄边加宽波导连接处的距离d与输入波导的窄边b长度相同。
进一步的，所述输入波导为WR-10波导，基板为5880基板。
本发明提供的一种基于V型天线的波导-微带过渡结构，通过基板正面(面向矩形腔顶壁的一面)的两个片上天线组成的天线结构，将从输入波导传播的能量耦合到基板背面(面向矩形腔底壁的一面)的共面带线结构中；共面带线结构包括一个传输微带线和一个具有接地孔的接地微带线，通过传输微带线将从天线结构中耦合的电磁波控制在共面带线中传输。由于接地微带线朝向传输微带线的边缘为一条对数曲线，使电场方向从微带线垂直指向接地孔，最终电磁波能量低损耗传播到和芯片腔中。本发明结构中，如图3所示，在Y轴方向上，基板到输入波导与窄边加宽波导连接处的距离d与输入波导的窄边b长度相同，使得该片上天线在所需的工作频带中回波损耗更少；两个微带线前端部分的间距等于单个天线枝节的延伸段a的长度可以提升耦合率，构建传输零点，增强带外抑制能力。此外，使用时，根据实际应用需求，本发明结构在Y轴方向上，天线结构和共面带线结构的各项尺寸等均为可调变量、调整这些变量可以与实际应用频段更加匹配。
与现有技术相比，本发明的基于V型天线的波导-微带过渡结构，输入和输出接口在信号传输方向上处于同一水平面上，避免了传统过渡结构需要进行E面或H面弯折导致的输入输出接口不一致、体积大等问题。通过本发明特有的天线结构来耦合波导中传输的电磁波，实现了工作带宽内的良好匹配效果，且回波损耗更少。本发明可应用于毫米波芯片封装领域，具有结构简单、体积小、损耗低、一致性好等优点，在毫米波及太赫兹放大器、混频器、倍频器、检波器等功能电路的设计中具有较高的应用价值。
附图说明
图1为实施例中基于V型天线的波导-微带过渡结构的三维图；
图2为实施例中基于V型天线的波导-微带过渡结构的仰视图；
图3为实施例中基于V型天线的波导-微带过渡结构的俯视图；
图4为实施例中基于共面带线的片上V型天线的回波损耗仿真曲线；
图5为实施例中基于共面带线的片上V型天线的插入损耗仿真曲线；
附图标记：
1-输入WR-10波导，2-窄边加宽波导，3-天线枝节，4-基板，5-输出微带线，6-共面带线结构，7-芯片腔，8-接地孔，9-天线结构。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图与实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种基于V型天线的波导-微带过渡结构，该过渡结构工作在109-119GHz频段内，其结构如图1、图2、图3所示，包括：沿输出方向依次设置的输入WR-10波导1、窄边加宽波导2、矩形腔以及用于后级芯片级联的芯片腔7。所述矩形腔的中设置有基板4，基板放置在矩形腔后，矩形腔底端的面积小于基板的面积，增强对基板4承载力的同时减小对片上天线传输损耗。基板4选用0.127mm厚的Rogers RT/duroid 5880(tm)基板。
基板4的正面设有天线结构9。天线结构9是由两个大小相适应且相互平行的片上天线组成，两个片上天线之间形成有缝隙，缝隙对准电磁波传输方向；两个片上天线上均设有斜切一刀后形成的三角形开口和枝节；开口位于天线结构输入端靠近缝隙的一侧，开口的底部为90°角；枝节位于天线结构输入端的端口远离缝隙的一侧；其中一个片上天线上沿电磁波传输方向等距离设有至少3个作为接地孔的通孔，接地孔贯穿基板并与接地微带线相连。
基片的反面设有共面带线结构6，共面带线结构6包括两个微带线，两个微带线分别为传输微带线和接地微带线；传输微带线5为50欧姆微带线。接地微带线的前端与传输微带线5平行且不接触，尾端逐渐加宽后向传输微带线5靠拢且不接触；其中，前端是指靠近窄边加宽波导的一端。为获得更好的传输效果，本实施例将接地微带线朝向传输微带线的边缘为一条对数曲线。
需要说明的是：本实施例中输入波导WR-10，展宽波导，天线结构，基板的中心均在同一条直线上，构成天线结构的两个片上天线与基板边缘不接触，从而避免短路。本实施例基于V型天线的波导-微带过渡结构，在Y轴上，基板到输入波导与窄边加宽波导连接处的距离d与输入波导的窄边b长度相同，减少片上天线在工作频带中的回波损耗。两个片上天线在Y轴方向长度均为0.424mm，天线枝节在X方向和Y方向的长度均为0.2mm。第二片上天线与第一片上天线尺寸相同。共面带线结构中，输入微带线和接地微带线前端的间距为0.15mm，输入微带线的线宽为0.4mm；接地孔半径为0.15mm，等间距排列，间隔为0.6mm。实际实施中，为方便与后端芯片进行连接，所述共面带线结构中，其微带线靠近芯片腔的一端向芯片腔延伸，同时芯片腔加宽X方向的宽度，以使芯片安装更加方便。
为更加清楚的展示本发明的优点。本实施例对上述结构进行了仿真，在三维电磁仿真软件High Frequency Structure Simulator(HFSS)的结构尺寸表一所示。
表一：基于共面带线的片上V型天线各结构尺寸
| 结构序号 | 结构名称 | 结构特征 |
| 1 | 输入WR10波导 | X：1.27mm，Z：2.54mm |
| 2 | 窄边加宽波导 | X：1.55mm，Z：2.54mm |
| 3 | 天线枝节 | X：0.2mm，Y：0.2mm |
| 4 | 5880基板 | X：1.55mm，Y：3.4mm |
| 5 | 输入微带线 | X：0.4mm，Y：2.6mm |
| 6 | 两个微带线前端间距 | X：0.15mm，Y：2.6mm |
| 7 | 芯片腔 | X：3mm，Y：1.2mm |
| 8 | 接地孔 | R：0.15mm |
| 9 | 天线结构 | 90度夹角，X：0.3mm，Y：0.3mm |
在实际应用中，天线结构的大小，两个微带线前端间距，天线枝节的长度与宽度均可根据需要进行调整来实现更优的回波损耗以及更低的插入损耗。图4为回波损耗仿真曲线，图5为插入损耗仿真曲线，从图4、图5可以看出，在109-118GHz频段内，回波损耗优于25dB，插入损耗小于0.3dB。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。
Claims (7)
1.一种基于V型天线的波导-微带过渡结构，包括：沿输出方向依次设置的输入波导、窄边加宽波导、矩形腔以及用于后级芯片级联的芯片腔，其特征在于：
所述矩形腔内设置有基板，基板的正面设有天线结构，该天线结构是由两个大小相适应且相互平行的片上天线组成，两个片上天线之间形成有缝隙，缝隙对准电磁波传输方向；两个片上天线上均设有斜切一刀后形成的三角形开口和枝节；开口位于天线结构输入端靠近缝隙的一侧，两个斜切一刀的切线构成90°角；枝节位于天线结构输入端的端口远离缝隙的一侧；其中一个片上天线沿电磁波传输方向等距离设有至少3个用于接地的通孔，且该通孔贯穿基板并与接地微带线相连；
基片的反面设有共面带线结构，共面带线结构包括两个微带线，两个微带线分别为传输微带线和接地微带线；接地微带线的前端与传输微带线平行，尾端逐渐加宽后向传输微带线靠拢且不接触；其中，前端是指靠近窄边加宽波导的一端。
2.根据权利要求1所述的一种基于V型天线的波导-微带过渡结构，其特征在于：所述接地微带线朝向传输微带线的边缘为一条对数曲线。
3.根据权利要求1所述的一种基于V型天线的波导-微带过渡结构，其特征在于：所述缝隙的宽度小于等于0.2mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于V型天线的波导-微带过渡结构，其特征在于：基板放置在矩形腔后，矩形腔底端的面积小于基板的面积以对基片形成承载。
5.根据权利要求1所述的一种基于V型天线的波导-微带过渡结构，其特征在于：所述两个微带线前端部分的间距等于单个天线枝节a的长度。
6.根据权利要求1所述的一种基于V型天线的波导-微带过渡结构，其特征在于：基于V型天线的波导-微带过渡结构中，在Y轴方向上，基板到输入波导与窄边加宽波导连接处的距离d与输入波导的窄边b长度相同。
7.根据权利要求1所述的一种基于V型天线的波导-微带过渡结构，其特征在于：所述输入波导为WR-10波导，基板为5880基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111596289.4A CN114284676B (zh) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | 一种基于v型天线的波导-微带过渡结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111596289.4A CN114284676B (zh) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | 一种基于v型天线的波导-微带过渡结构 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114284676A CN114284676A (zh) | 2022-04-05 |
| CN114284676B true CN114284676B (zh) | 2022-07-29 |
Family
ID=80874706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111596289.4A Active CN114284676B (zh) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | 一种基于v型天线的波导-微带过渡结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114284676B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1364325A (zh) * | 1999-07-22 | 2002-08-14 | 马库尼通信有限公司 | 从波导管到微波传输带的传输装置 |
| US6822528B2 (en) * | 2001-10-11 | 2004-11-23 | Fujitsu Limited | Transmission line to waveguide transition including antenna patch and ground ring |
| CN105977595A (zh) * | 2016-06-06 | 2016-09-28 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种端接后馈式的矩形波导-微带过渡器件 |
| CN206864596U (zh) * | 2017-05-09 | 2018-01-09 | 四川众为创通科技有限公司 | 一种毫米波差分微带线到矩形波导的过渡结构 |
| KR20190056884A (ko) * | 2017-11-17 | 2019-05-27 | 한국전자통신연구원 | 마이크로 스트립라인과 도파관 간의 전이 구조 |
| CN113328227A (zh) * | 2021-05-27 | 2021-08-31 | 电子科技大学 | 一种微带线到非辐射介质波导的过渡结构 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8305280B2 (en) * | 2009-11-04 | 2012-11-06 | Raytheon Company | Low loss broadband planar transmission line to waveguide transition |
-
2021
- 2021-12-24 CN CN202111596289.4A patent/CN114284676B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1364325A (zh) * | 1999-07-22 | 2002-08-14 | 马库尼通信有限公司 | 从波导管到微波传输带的传输装置 |
| US6822528B2 (en) * | 2001-10-11 | 2004-11-23 | Fujitsu Limited | Transmission line to waveguide transition including antenna patch and ground ring |
| CN105977595A (zh) * | 2016-06-06 | 2016-09-28 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种端接后馈式的矩形波导-微带过渡器件 |
| CN206864596U (zh) * | 2017-05-09 | 2018-01-09 | 四川众为创通科技有限公司 | 一种毫米波差分微带线到矩形波导的过渡结构 |
| KR20190056884A (ko) * | 2017-11-17 | 2019-05-27 | 한국전자통신연구원 | 마이크로 스트립라인과 도파관 간의 전이 구조 |
| CN113328227A (zh) * | 2021-05-27 | 2021-08-31 | 电子科技大学 | 一种微带线到非辐射介质波导的过渡结构 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| A Wideband Waveguide-to-Suspended Microstrip;Wenwei Jin et.al;《 2012 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT)》;20120508;全文 * |
| 基于SIP的射频宽带收发前端关键技术研究;吴喆;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)信息科技辑》;20180815;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114284676A (zh) | 2022-04-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103022614B (zh) | 基片集成波导与矩形金属波导的过渡结构 | |
| CN110048220B (zh) | 基于人工表面等离激元传输线的滤波阵列天线 | |
| CN107819201B (zh) | 一种适用于5g毫米波通信的紧凑型渐变缝隙阵列天线 | |
| CN105789810A (zh) | 一种宽带半模波纹基片集成波导耦合器及其设计方法 | |
| CN114284676B (zh) | 一种基于v型天线的波导-微带过渡结构 | |
| Kaneda et al. | A broadband CPW-to-waveguide transition using quasi-Yagi antenna | |
| CN112864565A (zh) | 一种宽带高隔离度的威尔金森功分器 | |
| CN115458892B (zh) | 基于圆形siw谐振腔的四路同相不等功分器 | |
| WO2023065841A1 (zh) | 一种适用于w波段的波导微带径向探针转换装置 | |
| CN108987877B (zh) | 一种小型化微带线结构枝节加载色散延迟线 | |
| CN111180877A (zh) | 一种基片集成波导喇叭天线及其控制方法 | |
| CN115441194A (zh) | 一种宽带宽波束双脊喇叭天线 | |
| CN210379359U (zh) | 新型90°宽带差分移相器 | |
| CN211605405U (zh) | 一种加载ebg表面的毫米波siw喇叭天线 | |
| CN111463563B (zh) | 一种适用于5g通信的超宽带差分pifa天线 | |
| CN114284712A (zh) | 一种基于人工表面等离激元的宽带高增益平面端射天线 | |
| CN109687126B (zh) | 一种拟c型结构的圆极化微带天线 | |
| CN108400419B (zh) | 耦合度可调谐的超宽带微波定向耦合器 | |
| CN111244619A (zh) | 基于空气基片集成波导的贴片阵列天线 | |
| CN221080361U (zh) | 一种用于毫米波雷达的宽带基片集成波导背腔天线 | |
| CN114171872B (zh) | 一种宽带小型化毫米波双通道交叉电桥 | |
| CN215418545U (zh) | 微带转波导的垂直过渡结构 | |
| CN103943924B (zh) | 一种基于新型拓扑结构的微波衰减器 | |
| CN216055123U (zh) | 波导转换结构和毫米波电子器件 | |
| CN109710972B (zh) | 一种半模基片集成波导放大模块 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |