專利名稱：一種基片集成波導結(jié)構(gòu)延遲線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于微波毫米波器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及微波毫米波波導結(jié)構(gòu)和相位延遲 器件。
背景技術(shù)：
用于將電信號延遲一段時間的元件或器件稱為延遲線，此類元件廣泛應(yīng)用于較精 密的示波器、彩色電視、電子計算機、工業(yè)過程控制、現(xiàn)代雷達系統(tǒng)等領(lǐng)域。最早應(yīng)用的延遲 線是同軸電纜延遲線，但它體積大、重量重，當延遲時間較長時插入損耗很大，因此應(yīng)用領(lǐng) 域受到限制。超聲波延遲線需要寬帶響應(yīng)平坦的雙端換能器，而這種換能器結(jié)構(gòu)復雜制作 困難，與系統(tǒng)器件不易集成、工作頻率不高；光纖延遲線結(jié)構(gòu)復雜不易集成，成本也較高?；?片集成波導是近年來提出的一種新型微波毫米波導波結(jié)構(gòu)，它使得包括平面電路、接頭和 矩形波導在內(nèi)的完整電路可以以平面形式集成在印刷電路板中，它既具有微帶的易加工、 易集成的優(yōu)勢；又具有矩形金屬波導低損耗、高Q值的優(yōu)點。由于現(xiàn)代PCB工藝非常成熟， 加工精確度也較高，所以在較高的頻段上完全可以實現(xiàn)基片集成波導感性金屬通孔的加 工，同時其加工成本較低，產(chǎn)品的體積小、集成度較高，有利于這種延遲線的大規(guī)模生產(chǎn)和 應(yīng)用。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供一種基片集成波導結(jié)構(gòu)延遲線，該延遲線具有體積小、損耗低、抗 干擾性強的特點，且易于加工、成本低廉。一種基片集成波導結(jié)構(gòu)延遲線，如圖1所示，包括矩形介質(zhì)基片4、附著在介質(zhì)基 片4兩面的金屬層3、第一類金屬化通孔2和第二類金屬化通孔1。所述第一類金屬化通孔 2的形狀和尺寸相同、且并排平行分布于矩形介質(zhì)基片4的兩側(cè)，將矩形介質(zhì)基片4兩面的 金屬層3連在一起。兩排第一類金屬化通孔2等效于兩個金屬電壁，使得兩排第一類金屬 化通孔2和矩形介質(zhì)基片4兩面的金屬層3共同形成一個介質(zhì)基片4填充的矩形波導，即 基片集成波導。同一側(cè)的相鄰兩個第一類金屬化通孔2之間的距離為第一類金屬化通孔2自身直 徑的1. 5 2倍，第一類金屬化通孔2自身直徑為延遲線工作頻率對應(yīng)波長的十八分之一 到二十分之一。兩排第一類金屬化通孔2之間具有若干列垂直于兩排第一類金屬化通孔2的第二 類金屬化通孔1 ；所有第二類金屬化通孔1的形狀和尺寸相同，且每一列第二類金屬化通孔 1的數(shù)量也相同；相鄰兩列第二類金屬化通孔1之間的距離相同，且呈交錯分布狀，即一列 靠近其中一排第一類金屬化通孔2，另一列靠近其中另一排第一類金屬化通孔2。每列第二 類金屬化通孔1等效于插入基片集成波導的金屬薄片。在基片集成波導結(jié)構(gòu)中，兩排第一類金屬化通孔2之間的距離w決定了基片集成 波導導波結(jié)構(gòu)的工作頻率范圍[0008] f > “ 二 2: Ηζ) ⑴
D2 D2Weff=W-Xm — + 0.1 ——(2)
bw其中f是該波導的工作頻率、/ra·,。是該波導的截止頻率、ε r是介質(zhì)的介電常數(shù)、Ctl 是光速、w是兩排第一類金屬化通孔2之間的距離，Weff是基片集成波導等效成傳統(tǒng)波導的 寬度，D是第一類金屬化通孔2的孔徑，b是相鄰兩個第一類金屬化通孔2之間的孔心距。本實用新型在基片集成波導結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，采用交叉耦合的第二類金屬化通孔1結(jié) 構(gòu)實現(xiàn)基片集成波導濾波器結(jié)構(gòu)。交叉耦合的相鄰三列第二類金屬化通孔1之間的部分形 成一個諧振腔，起到濾波作用。微波信號通過濾波器，會產(chǎn)生一定時間的群時延。由傳輸 線的相速度(L和C分別為單位長度的電感和電容)公式可知，增大單位長度內(nèi) 電感或電容均可降低相速度，從而達到慢波(即延遲)效果。而每一列第二類金屬化通孔 1可看作是波導H面金屬膜片，此金屬膜片可等效為一并聯(lián)電感，因此改變每一列第二類金 屬化通孔1的孔徑、數(shù)量以及相鄰兩列第二類金屬化通孔1的間距就可得到不同的電感值， 從而得到不同時延的延遲線器件。本實用新型提供的基片集成波導結(jié)構(gòu)延遲線，由于采用基片集成波導結(jié)構(gòu)，因此 具有較小的損耗和較強的抗干擾性能，同時具有體積小、易于加工、成本低廉的特點；同時， 本實用新型可通過SMA頭與其它微波電路相連，具有電路裝配簡單、穩(wěn)定可靠性高、與其他 平面電路更易于集成的特點。本實用新型可用于微波毫米波通信、雷達、導航制導、廣播電 視及其測試系統(tǒng)。

圖1為本實用新型提供的基片集成波導結(jié)構(gòu)延遲線的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型提供的不同級數(shù)的基片集成波導結(jié)構(gòu)延遲線的工作頻率與延 遲時間的關(guān)系仿真曲線。
具體實施方式
一種基片集成波導結(jié)構(gòu)延遲線，如圖1所示，包括矩形介質(zhì)基片4、附著在介質(zhì)基 片4兩面的金屬層3、第一類金屬化通孔2和第二類金屬化通孔1。所述第一類金屬化通孔 2的形狀和尺寸相同、且并排平行分布于矩形介質(zhì)基片4的兩側(cè)，將矩形介質(zhì)基片4兩面的 金屬層3連在一起。兩排第一類金屬化通孔2等效于兩個金屬電壁，使得兩排第一類金屬 化通孔2和矩形介質(zhì)基片4兩面的金屬層3共同形成一個介質(zhì)基片4填充的矩形波導，即 基片集成波導。同一側(cè)的相鄰兩個第一類金屬化通孔2之間的距離為第一類金屬化通孔2自身直 徑的1. 5 2倍，第一類金屬化通孔2自身直徑為延遲線工作頻率對應(yīng)波長的十八分之一 到二十分之一。兩排第一類金屬化通孔2之間具有若干列垂直于兩排第一類金屬化通孔2的第二 類金屬化通孔1 ；所有第二類金屬化通孔1的形狀和尺寸相同，且每一列第二類金屬化通孔 1的數(shù)量也相同；相鄰兩列第二類金屬化通孔1之間的距離相同，且呈交錯分布狀，即一列
4靠近其中一排第一類金屬化通孔2，另一列靠近其中另一排第一類金屬化通孔2。每列第二 類金屬化通孔1等效于插入基片集成波導的金屬薄片。為了便于基片集成波導延遲線與其它電路的連接，同時為了測試的方便，還可在 本實用新型提供的基片集成波導延遲線輸入、輸出端設(shè)計一個阻抗匹配結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)50歐 姆的特征阻抗輸入和輸出。所述阻抗匹配結(jié)構(gòu)可以采用微帶漸進線或共面波導連接線來實 現(xiàn)。在確定相關(guān)參數(shù)的前提下，圖2給出了本實用新型提供的不同級數(shù)的集成波導結(jié) 構(gòu)延遲線的工作頻率與延遲時間的關(guān)系仿真曲線。其中相關(guān)參數(shù)為第一類金屬化通孔2 的孔徑為0. 4mm，第二類金屬化通孔1的孔徑為0. 8mm，相鄰兩列第二類金屬化通孔1之間 的間距為1.75mm，介質(zhì)基片4的介電常數(shù)為10.2。其中曲線a對應(yīng)于3級集成波導結(jié)構(gòu) 延遲線，曲線b對應(yīng)于4級集成波導結(jié)構(gòu)延遲線，曲線c對應(yīng)于9級集成波導結(jié)構(gòu)延遲線， 曲線d對應(yīng)于14級集成波導結(jié)構(gòu)延遲線，曲線e對應(yīng)于19級集成波導結(jié)構(gòu)延遲線。從圖 2中看出群時延值是隨延遲線得級數(shù)遞增的(一級延遲線定義為由上下分別兩列第二類金 屬化通孔交錯而成)。
權(quán)利要求一種基片集成波導結(jié)構(gòu)延遲線，包括矩形介質(zhì)基片(4)、附著在介質(zhì)基片(4)兩面的金屬層(3)和第一類金屬化通孔(2)；所述第一類金屬化通孔(2)的形狀和尺寸相同、且并排平行分布于矩形介質(zhì)基片(4)的兩側(cè)，將矩形介質(zhì)基片(4)兩面的金屬層(3)連在一起；同一側(cè)的相鄰兩個第一類金屬化通孔(2)之間的距離為第一類金屬化通孔(2)自身直徑的1.5～2倍，第一類金屬化通孔(2)自身直徑為延遲線工作頻率對應(yīng)波長的十八分之一到二十分之一；其特征在于，該基片集成波導結(jié)構(gòu)延遲線還包括第二類金屬化通孔(1)；兩排第一類金屬化通孔(2)之間具有若干列垂直于兩排第一類金屬化通孔(2)的第二類金屬化通孔(1)；所有第二類金屬化通孔(1)的形狀和尺寸相同，且每一列第二類金屬化通孔(1)的數(shù)量也相同；相鄰兩列第二類金屬化通孔(1)之間的距離相同，且呈交錯分布狀，即一列靠近其中一排第一類金屬化通孔(2)，另一列靠近其中另一排第一類金屬化通孔(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片集成波導結(jié)構(gòu)延遲線，其特征在于，所述基片集成波導 延遲線的輸入、輸出端具有阻抗匹配結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)50歐姆的特征阻抗輸入和輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基片集成波導結(jié)構(gòu)延遲線，其特征在于，所述阻抗匹配結(jié)構(gòu) 為微帶漸進線。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基片集成波導結(jié)構(gòu)延遲線，其特征在于，所述阻抗匹配結(jié)構(gòu) 為共面波導連接線。
專利摘要一種基片集成波導結(jié)構(gòu)延遲線，屬于微波毫米波器件技術(shù)領(lǐng)域。包括矩形介質(zhì)基片(4)、金屬層(3)和第一類金屬化通孔(2)；第一類金屬化通孔(2)并排平行分布于矩形介質(zhì)基片(4)的兩側(cè)形成基片集成波導結(jié)構(gòu)；兩排第一類金屬化通孔(2)之間具有若干列垂直分布的第二類金屬化通孔(1)；相鄰兩列第二類金屬化通孔(1)之間的距離相同，且呈交錯分布狀。本實用新型在基片集成波導結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過加入第二類金屬化通孔實現(xiàn)基片集成波導濾波器結(jié)構(gòu)，利用濾波器結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)延遲功能。通過改變第二類金屬化通孔的相關(guān)尺寸參數(shù)，可實現(xiàn)不同的延遲性能。本實用新型具有較小的損耗和較強的抗干擾性能，同時具有體積小、易于加工、成本低廉的特點。
文檔編號H01P9/00GK201663220SQ201020171388
公開日2010年12月1日 申請日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者史珍珍, 喻夢霞, 徐軍, 李桂萍, 陳昱宇 申請人:電子科技大學