CN101834339A - 一种基片集成波导结构延迟线 - Google Patents

Abstract

一种基片集成波导结构延迟线，属于微波毫米波器件技术领域。包括矩形介质基片(4)、金属层(3)和第一类金属化通孔(2)；第一类金属化通孔(2)并排平行分布于矩形介质基片(4)的两侧形成基片集成波导结构；两排第一类金属化通孔(2)之间具有若干列垂直分布的第二类金属化通孔(1)；相邻两列第二类金属化通孔(1)之间的距离相同，且呈交错分布状。本发明在基片集成波导结构基础上，通过加入第二类金属化通孔实现基片集成波导滤波器结构，利用滤波器结构来实现延迟功能。通过改变第二类金属化通孔的相关尺寸参数，可实现不同的延迟性能。本发明具有较小的损耗和较强的抗干扰性能，同时具有体积小、易于加工、成本低廉的特点。

Description

一种基片集成波导结构延迟线

技术领域

本发明属于微波毫米波器件技术领域，涉及微波毫米波波导结构和相位延迟器件。

背景技术

用于将电信号延迟一段时间的元件或器件称为延迟线，此类元件广泛应用于较精密的示波器、彩色电视、电子计算机、工业过程控制、现代雷达***等领域。最早应用的延迟线是同轴电缆延迟线，但它体积大、重量重，当延迟时间较长时***损耗很大，因此应用领域受到限制。超声波延迟线需要宽带响应平坦的双端换能器，而这种换能器结构复杂制作困难，与***器件不易集成、工作频率不高；光纤延迟线结构复杂不易集成，成本也较高。基片集成波导是近年来提出的一种新型微波毫米波导波结构，它使得包括平面电路、接头和矩形波导在内的完整电路可以以平面形式集成在印刷电路板中，它既具有微带的易加工、易集成的优势；又具有矩形金属波导低损耗、高Q值的优点。由于现代PCB工艺非常成熟，加工精确度也较高，所以在较高的频段上完全可以实现基片集成波导感性金属通孔的加工，同时其加工成本较低，产品的体积小、集成度较高，有利于这种延迟线的大规模生产和应用。

发明内容

本发明提供一种基片集成波导结构延迟线，该延迟线具有体积小、损耗低、抗干扰性强的特点，且易于加工、成本低廉。

一种基片集成波导结构延迟线，如图1所示，包括矩形介质基片4、附着在介质基片4两面的金属层3、第一类金属化通孔2和第二类金属化通孔1。所述第一类金属化通孔2的形状和尺寸相同、且并排平行分布于矩形介质基片4的两侧，将矩形介质基片4两面的金属层3连在一起。两排第一类金属化通孔2等效于两个金属电壁，使得两排第一类金属化通孔2和矩形介质基片4两面的金属层3共同形成一个介质基片4填充的矩形波导，即基片集成波导。

同一侧的相邻两个第一类金属化通孔2之间的距离为第一类金属化通孔2自身直径的1.5～2倍，第一类金属化通孔2自身直径为延迟线工作频率对应波长的十八分之一到二十分之一。

两排第一类金属化通孔2之间具有若干列垂直于两排第一类金属化通孔2的第二类金属化通孔1；所有第二类金属化通孔1的形状和尺寸相同，且每一列第二类金属化通孔1的数量也相同；相邻两列第二类金属化通孔1之间的距离相同，且呈交错分布状，即一列靠近其中一排第一类金属化通孔2，另一列靠近其中另一排第一类金属化通孔2。每列第二类金属化通孔1等效于***基片集成波导的金属薄片。

在基片集成波导结构中，两排第一类金属化通孔2之间的距离w决定了基片集成波导导波结构的工作频率范围：

$f>f_{{\mathrm{TE}}_{10}}=\frac{c_0}{2w_{\mathrm{eff}}\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}}\left(\mathrm{Hz}\right)---\left(1\right)$

$w_{\mathrm{eff}}=w-1.08\frac{D^2}{b}+0.1\frac{D^2}{w}---\left(2\right)$

其中f是该波导的工作频率、

是该波导的截止频率、ε_r是介质的介电常数、c₀是光速、w是两排第一类金属化通孔2之间的距离，w_eff是基片集成波导等效成传统波导的宽度，D是第一类金属化通孔2的孔径，b是相邻两个第一类金属化通孔2之间的孔心距。

本发明在基片集成波导结构基础上，采用交叉耦合的第二类金属化通孔1结构实现基片集成波导滤波器结构。交叉耦合的相邻三列第二类金属化通孔1之间的部分形成一个谐振腔，起到滤波作用。微波信号通过滤波器，会产生一定时间的群时延。由传输线的相速度

(L和C分别为单位长度的电感和电容)公式可知，增大单位长度内电感或电容均可降低相速度，从而达到慢波(即延迟)效果。而每一列第二类金属化通孔1可看作是波导H面金属膜片，此金属膜片可等效为一并联电感，因此改变每一列第二类金属化通孔1的孔径、数量以及相邻两列第二类金属化通孔1的间距就可得到不同的电感值，从而得到不同时延的延迟线器件。

本发明提供的基片集成波导结构延迟线，由于采用基片集成波导结构，因此具有较小的损耗和较强的抗干扰性能，同时具有体积小、易于加工、成本低廉的特点；同时，本发明可通过SMA头与其它微波电路相连，具有电路装配简单、稳定可靠性高、与其他平面电路更易于集成的特点。本发明可用于微波毫米波通信、雷达、导航制导、广播电视及其测试***。

附图说明

图1为本发明提供的基片集成波导结构延迟线的结构示意图。

图2为本发明提供的不同级数的基片集成波导结构延迟线的工作频率与延迟时间的关系仿真曲线。

具体实施方式

一种基片集成波导结构延迟线，如图1所示，包括矩形介质基片4、附着在介质基片4两面的金属层3、第一类金属化通孔2和第二类金属化通孔1。所述第一类金属化通孔2的形状和尺寸相同、且并排平行分布于矩形介质基片4的两侧，将矩形介质基片4两面的金属层3连在一起。两排第一类金属化通孔2等效于两个金属电壁，使得两排第一类金属化通孔2和矩形介质基片4两面的金属层3共同形成一个介质基片4填充的矩形波导，即基片集成波导。

同一侧的相邻两个第一类金属化通孔2之间的距离为第一类金属化通孔2自身直径的1.5～2倍，第一类金属化通孔2自身直径为延迟线工作频率对应波长的十八分之一到二十分之一。

两排第一类金属化通孔2之间具有若干列垂直于两排第一类金属化通孔2的第二类金属化通孔1；所有第二类金属化通孔1的形状和尺寸相同，且每一列第二类金属化通孔1的数量也相同；相邻两列第二类金属化通孔1之间的距离相同，且呈交错分布状，即一列靠近其中一排第一类金属化通孔2，另一列靠近其中另一排第一类金属化通孔2。每列第二类金属化通孔1等效于***基片集成波导的金属薄片。

为了便于基片集成波导延迟线与其它电路的连接，同时为了测试的方便，还可在本发明提供的基片集成波导延迟线输入、输出端设计一个阻抗匹配结构，以实现50欧姆的特征阻抗输入和输出。所述阻抗匹配结构可以采用微带渐进线或共面波导连接线来实现。

在确定相关参数的前提下，图2给出了本发明提供的不同级数的集成波导结构延迟线的工作频率与延迟时间的关系仿真曲线。其中相关参数为：第一类金属化通孔2的孔径为0.4mm，第二类金属化通孔1的孔径为0.8mm，相邻两列第二类金属化通孔1之间的间距为1.75mm，介质基片4的介电常数为10.2。其中曲线a对应于3级集成波导结构延迟线，曲线b对应于4级集成波导结构延迟线，曲线c对应于9级集成波导结构延迟线，曲线d对应于14级集成波导结构延迟线，曲线e对应于19级集成波导结构延迟线。从图2中看出群时延值是随延迟线得级数递增的(一级延迟线定义为由上下分别两列第二类金属化通孔交错而成)。

Claims (4)

1.一种基片集成波导结构延迟线，包括矩形介质基片(4)、附着在介质基片(4)两面的金属层(3)和第一类金属化通孔(2)；所述第一类金属化通孔(2)的形状和尺寸相同、且并排平行分布于矩形介质基片(4)的两侧，将矩形介质基片(4)两面的金属层(3)连在一起；同一侧的相邻两个第一类金属化通孔(2)之间的距离为第一类金属化通孔(2)自身直径的1.5～2倍，第一类金属化通孔(2)自身直径为延迟线工作频率对应波长的十八分之一到二十分之一；

其特征在于，该基片集成波导结构延迟线还包括第二类金属化通孔(1)；两排第一类金属化通孔(2)之间具有若干列垂直于两排第一类金属化通孔(2)的第二类金属化通孔(1)；所有第二类金属化通孔(1)的形状和尺寸相同，且每一列第二类金属化通孔(1)的数量也相同；相邻两列第二类金属化通孔(1)之间的距离相同，且呈交错分布状，即一列靠近其中一排第一类金属化通孔(2)，另一列靠近其中另一排第一类金属化通孔(2)。

2.根据权利要求1所述的基片集成波导结构延迟线，其特征在于，所述基片集成波导延迟线的输入、输出端具有阻抗匹配结构，以实现50欧姆的特征阻抗输入和输出。

3.根据权利要求2所述的基片集成波导结构延迟线，其特征在于，所述阻抗匹配结构为微带渐进线。

4.根据权利要求2所述的基片集成波导结构延迟线，其特征在于，所述阻抗匹配结构为共面波导连接线。

Images