基于超常媒質(zhì)的小型化基片集成波導(dǎo)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】基于超常媒質(zhì)的小型化基片集成波導(dǎo)，涉及一種基于超常媒質(zhì)的基片集成波導(dǎo)。它是為了在保證工作帶寬的情況下實(shí)現(xiàn)集成波導(dǎo)的小型化。它的兩個(gè)50Ω微帶線和兩個(gè)微帶線與基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；每個(gè)50Ω微帶線為金屬帶條結(jié)構(gòu)；每個(gè)微帶線和基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)為一段漸寬的金屬帶條；兩個(gè)微帶線與基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的較寬端鏡像固定在介質(zhì)板的左、右兩個(gè)側(cè)面的中間位置；兩個(gè)50Ω微帶線的一端分別與兩個(gè)微帶線和基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的較窄端連接為一體結(jié)構(gòu)；所述介質(zhì)板的上部和下部對(duì)應(yīng)開(kāi)有2N個(gè)金屬通孔；介質(zhì)板的上部的通孔和下部的通孔之間蝕刻有交指電容槽縫。本發(fā)明適用于作為集成波導(dǎo)器件。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于超常媒質(zhì)的小型化基片集成波導(dǎo)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于超常媒質(zhì)的基片集成波導(dǎo)。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來(lái)，吳柯等學(xué)者提出了一種新型的低剖面基片集成波導(dǎo)(SIW)?；刹▽?dǎo)是一種新型微波傳輸線，它是在印制電路板(PCB)的兩側(cè)合理地打下兩排金屬過(guò)孔來(lái)實(shí)現(xiàn)的。利用該技術(shù)不僅可以減小傳統(tǒng)波導(dǎo)的尺寸、重量、成本，而且加工的可實(shí)現(xiàn)性和可靠性可以大大提高，因此它有利于出集成波導(dǎo)器件，尤其是與超常媒質(zhì)結(jié)合在一起，可以設(shè)計(jì)出更加出色的波導(dǎo)器件。
[0003]超常媒質(zhì)是人工設(shè)計(jì)的具有異常電磁特性的特殊結(jié)構(gòu)，由于它具有的異常電磁特性，在微波領(lǐng)域得到廣泛的關(guān)注，近幾年來(lái)，各種超常媒質(zhì)被設(shè)計(jì)出來(lái)應(yīng)用到各個(gè)微波各個(gè)領(lǐng)域，如零折射透鏡，隱身，完美透鏡等。其中最具價(jià)值的一項(xiàng)應(yīng)用便是用于減小波導(dǎo)尺寸，通過(guò)在金屬波導(dǎo)內(nèi)部嵌入開(kāi)口諧振環(huán)(SRR)，引入負(fù)磁導(dǎo)率從而使得波導(dǎo)工作在截止頻率之下。然而，傳統(tǒng)波導(dǎo)由于高剖面，體積較大，笨重等缺點(diǎn)，不適合與其他電路元件集成，尤其是平面微波電路。而平面結(jié)構(gòu)的基片集成波導(dǎo)的提出客服了這些缺點(diǎn)。如果能將基片集成波導(dǎo)橫向尺寸進(jìn)一步減小，將更有利于微波電路集成。
[0004]Yuan Dang Dong等人提出在基片集成波導(dǎo)上表面蝕刻互補(bǔ)諧振環(huán)(CSRR)來(lái)設(shè)計(jì)小型化窄帶濾波器，最終獲得了在截止頻率之下的一個(gè)窄帶頻帶，然而由于CSRR是諧振結(jié)構(gòu)，該窄帶帶寬很窄，相對(duì)帶寬只有6%左右，限制了將其用于寬帶器件的設(shè)計(jì)。接著他們又在此基礎(chǔ)上，提出了基于傳輸線結(jié)構(gòu)的基片集成波導(dǎo)，但是仍然存在帶寬太窄的缺點(diǎn)，相對(duì)帶寬只有6.5%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為了在保證工作帶寬的情況下實(shí)現(xiàn)集成波導(dǎo)的小型化，從而提供一種基于超常媒質(zhì)的小型化基片集成波導(dǎo)。
[0006]基于超常媒質(zhì)的小型化基片集成波導(dǎo)，它包括基板和介質(zhì)板，所述基板固定在介質(zhì)板的下面；它包括兩個(gè)50 Ω微帶線I和兩個(gè)微帶線與基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)2 ；
[0007]所述每個(gè)50 Ω微帶線I為金屬帶條結(jié)構(gòu)；每個(gè)微帶線和基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)2為一段漸寬的金屬帶條；
[0008]所述兩個(gè)微帶線與基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)2的較寬端鏡像固定在介質(zhì)板的左、右兩個(gè)側(cè)面的中間位置；
[0009]兩個(gè)50 Ω微帶線I的一端分別與兩個(gè)微帶線和基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)2的較窄立而連接為一體結(jié)構(gòu)；
[0010]所述介質(zhì)板的上部和下部對(duì)應(yīng)開(kāi)有2N個(gè)金屬通孔4 ；N為正整數(shù)；
[0011]所述介質(zhì)板的上部的通孔和下部的通孔之間蝕刻有交指電容槽縫3。
[0012]介質(zhì)板的介電常數(shù)為2.2。[0013]交指電容槽縫3與介質(zhì)板的中軸線之間的夾角介于O度至17.5度之間。
[0014]基于超常媒質(zhì)的小型化基片集成波導(dǎo)的工作頻帶介于3.44GHz至5.35GHz。
[0015]介質(zhì)板上部的相鄰兩個(gè)通孔的間距相等；介質(zhì)板上部的相鄰兩個(gè)通孔的間距相
坐寸ο
[0016]通過(guò)仿真說(shuō)明本發(fā)明的效果:當(dāng)交指電容槽縫逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度低于17.5度時(shí)，角度每增加3.5度，起始頻率減小0.1GHz,當(dāng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度大于17.5度時(shí)，頻率起始頻率不再隨著角度增加而線性減小，此外這個(gè)時(shí)候波導(dǎo)的插入損耗也增大，最大可以達(dá)到6dB，傳輸系數(shù)惡化。相同尺寸條件下，普通基片集成波導(dǎo)的起始頻率為6.12GHz，表面蝕刻交指電容基片集成波導(dǎo)，將交指電容逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)17.5度，其可以在截止頻率之下的3.44GHz-5.35GHz帶寬內(nèi)工作，同時(shí)，插入損耗只有0.5dB，相比普通基片集成波導(dǎo)，非諧振結(jié)構(gòu)超常媒質(zhì)基片集成波導(dǎo)的橫向電尺寸減小了 43.7%，而相對(duì)帶寬卻仍然達(dá)到43.2% ;本發(fā)明具有易與加工、低剖面、易與平面電路集成的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明上通孔在印制電路板的分布示意圖；
[0019]圖3是本發(fā)明通孔在印制電路板的分布剖視圖；
[0020]圖4是本發(fā)明與普通基片集成波導(dǎo)的散射參數(shù)仿真示意圖，其中:實(shí)線表示傳輸系數(shù)，虛線表示反射系數(shù)；
[0021]圖5是本發(fā)明的基于超常媒質(zhì)小型化基片集成波導(dǎo)的散射參數(shù)仿真示意圖，其中實(shí)線表示傳輸系數(shù)，虛線表示反射系數(shù)；
[0022]圖6是本發(fā)明的等效電路連接不意圖；
[0023]圖7是本發(fā)明對(duì)應(yīng)的普通基片集成波導(dǎo)的等效本構(gòu)參數(shù)仿真示意圖；
[0024]圖8是本發(fā)明的提取的等效本構(gòu)參數(shù)仿真示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1至3說(shuō)明本【具體實(shí)施方式】，基于超常媒質(zhì)的小型化基片集成波導(dǎo)，它包括基板和介質(zhì)板，所述基板固定在介質(zhì)板的下面；它包括兩個(gè)50 Ω微帶線I和兩個(gè)微帶線與基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)2 ；
[0026]所述每個(gè)50 Ω微帶線I為金屬帶條結(jié)構(gòu)；每個(gè)微帶線和基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)2為一段漸寬的金屬帶條；
[0027]所述兩個(gè)微帶線與基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)2的較寬端鏡像固定在介質(zhì)板的左、右兩個(gè)側(cè)面的中間位置；
[0028]兩個(gè)50 Ω微帶線I的一端分別與兩個(gè)微帶線和基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)2的較窄立而連接為一體結(jié)構(gòu)；
[0029]所述介質(zhì)板的上部和下部對(duì)應(yīng)開(kāi)有2N個(gè)金屬通孔4 ；N為正整數(shù)；
[0030]所述介質(zhì)板的上部的通孔和下部的通孔之間蝕刻有交指電容槽縫3。
[0031]工作原理:本發(fā)明中微帶線和基片集成撥打轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)2實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，微帶線I與其它電路元件集成或提供測(cè)試。[0032]本發(fā)明提出一種基于超常媒質(zhì)的小型化基片集成波導(dǎo)，首先在介電常數(shù)為2.2的PCB板上等間距地鉆兩排孔并金屬化處理，制作成基片集成波導(dǎo)。然后在基片集成波導(dǎo)表面上蝕刻交指電容槽縫制做成基于超常媒質(zhì)小型化基片集成波導(dǎo)。
[0033]圖4給出了相同物理尺寸下普通基片集成波導(dǎo)(無(wú)圖1中3交指電容槽縫)的仿真散射參數(shù)。從圖4中可以看出它的起始通帶頻率為6.12GHz (反射系數(shù)S11小于-10dB，以下帶寬定義均采用此標(biāo)準(zhǔn))。
[0034]而從圖5中可以清晰的看出，相同物理尺寸下，蝕刻傾斜交指電容槽縫的基片集成波導(dǎo)工作頻帶為(3.44GHz至5.35GHz，在截止頻率之下工作)，插入損耗只有0.5dB。相同物理尺寸下，更低頻率的工作帶寬，意味著電尺寸更小。以基片集成波導(dǎo)寬邊對(duì)工作波長(zhǎng)比值定義為寬邊電尺寸，可以計(jì)算出，基于超常媒質(zhì)的基片集成波導(dǎo)，寬邊尺寸減小了 43.7%，而其相對(duì)帶寬依然能達(dá)到43.2%。
[0035]本發(fā)明的波導(dǎo)具有小型化，低插損，寬帶等優(yōu)點(diǎn)，可用于小型化寬帶濾波器設(shè)計(jì)，小型化平面?zhèn)鬏斁€設(shè)計(jì)，小型化漏波天線的設(shè)計(jì)。
[0036]傾斜交指電容槽縫3加載是本發(fā)明的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，它的作用是實(shí)現(xiàn)小型化。
[0037]本發(fā)明原理可以用如圖6的等效電路原理進(jìn)行分析說(shuō)明。由等效電路可知，工作頻帶取決于起始頻率fstarting和截止頻率fstoping，它們分別由式(I)決定:
【權(quán)利要求】
1.基于超常媒質(zhì)的小型化基片集成波導(dǎo)，它包括基板和介質(zhì)板，所述基板固定在介質(zhì)板的下面；其特征是:它包括兩個(gè)50 Ω微帶線(I)和兩個(gè)微帶線與基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)(2)； 所述每個(gè)50Ω微帶線(I)為金屬帶條結(jié)構(gòu)；每個(gè)微帶線和基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)(2)為一段漸寬的金屬帶條； 所述兩個(gè)微帶線與基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)(2)的較寬端鏡像固定在介質(zhì)板的左、右兩個(gè)側(cè)面的中間位置； 兩個(gè)50 Ω微帶線(I)的一端分別與兩個(gè)微帶線和基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)(2)的較窄端連接為一體結(jié)構(gòu)； 所述介質(zhì)板的上部和下部對(duì)應(yīng)開(kāi)有2N個(gè)金屬通孔(4) ；N為正整數(shù)； 所述介質(zhì)板的上部的通孔和下部的通孔之間蝕刻有交指電容槽縫(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超常媒質(zhì)的小型化基片集成波導(dǎo)，其特征在于介質(zhì)板的介電常數(shù)為2.2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超常媒質(zhì)的小型化基片集成波導(dǎo)，其特征在于交指電容槽縫(3)與介質(zhì)板的中軸線之間的夾角介于O度至17.5度之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超常媒質(zhì)的小型化基片集成波導(dǎo)，其特征在于基于超常媒質(zhì)的小型化基片集成波導(dǎo)的工作頻帶介于3.44GHz至5.35GHz。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超常媒質(zhì)的小型化基片集成波導(dǎo)，其特征在于介質(zhì)板上部的相鄰兩個(gè)通孔的間距相等；介質(zhì)板上部的相鄰兩個(gè)通孔的間距相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超常媒質(zhì)的小型化基片集成波導(dǎo)，其特征在于微帶線與基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)(2)為銅箔、電鍍載體或印刷的金屬導(dǎo)體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超常媒質(zhì)的小型化基片集成波導(dǎo)，其特征在于介質(zhì)板為印制電路板。
【文檔編號(hào)】H01P3/08GK103887584SQ201410148212
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】傅佳輝, 沃得良, 張狂 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)