CN107069164B - 基片集成槽线波导组合传输线 - Google Patents

Abstract

基片集成槽线波导组合传输线涉及一种传输线，该传输线由介质基板(1)、设置在介质基板(1)上面的上左极板(11)和上右极板(12)、设置在介质基板(1)下面的下左极板(13)和下右极板(14)组成；左边金属化过孔阵列(21)穿过介质基板(1)连接上左极板(11)和下左极板(13)，构成基片集成波导(52)；上右极板(12)和下右极板(14)以及连接两者的右边金属化过孔阵列(22)，与下左极板(13)、下右极板(14)和左边金属化过孔阵列(21)一起构成双面槽线(51)。该传输线可以支持水平垂直两种极化模的传输，其中双面槽线的特性阻抗及相速可调节范围宽、功率容量大，还可以同时满足特性阻抗和元件封装对缝隙间距的要求。

Description

基片集成槽线波导组合传输线

技术领域

本发明涉及一种射频微波平面传输线，尤其是一种基片集成槽线波导组合传输线。

背景技术

传输线是射频微波中最基本的元件，其不仅能够传输射频微波信号，本身也可以构成射频微波元器件，如阻抗变换器、定向耦合器和滤波器等等。槽线是一种常用的平面传输线，具有结果简单，工作频率范围大的优点。但槽线缝隙两边的耦合电容是由边缘电容提供的，这种边缘的耦合电容比较小，因此相对于耦合电容比较大的微带线，槽线的特性阻抗比较大，一般都在一百欧姆以上，这样在通常50欧姆的***中使用不方便。为了使槽线的特性阻抗保持在50欧姆附近，一般槽线的缝隙间距比较窄。当缝隙很窄时，普通PCB工艺加工的相对误差就比较大，是的槽线特性阻抗的偏差也比较大，而且窄缝隙将导致功率容量的下降，这样就不适合大功率应用的场合。另一方面，有时需要元件跨接槽线的缝隙两端，而一般表贴的元件封装尺寸都是定制的，经常出现元件封装尺寸要求的缝隙间距与槽线特性阻抗要求的缝隙间距矛盾的情况，从而影响***的性能。

在射频微波***中，有时需要水平和垂直两种不同极化类型的传输线，特别是在多极化或者圆极化天线的***中。一般微带、基片集成波导是垂直极化类型传输线，而槽线和共面波导是水平极化类型的传输线，通常这两种类型的传输线在一个***内是分开的，这样导致***的体积变大。

发明内容

技术问题:本发明的目的是提出一种基片集成槽线波导组合传输线，要求该传输线能够支持水平和垂直两种极化类型的模式传输；其中支持水平极化传输槽线的特性阻抗及相速可调节范围宽、功率容量大，还可以同时满足特性阻抗和元件封装对缝隙间距的要求。

技术方案：本发明的基片集成槽线波导组合传输线包括介质基板、设置在介质基板两面的上左极板、上右极板、下左极板和下右极板；介质基板的上面是上左极板和上右极板，上左极板与上右极板的边缘平行，上左极板与上右极板边缘之间有上缝隙；介质基板的下面是下左极板和下右极板，下左极板与下右极板的边缘平行，下左极板与下右极板边缘之间有下缝隙；左边金属化过孔阵列与右边金属化过孔阵列平行，左边金属化过孔阵列穿过介质基板、连接上左极板和下左极板，右边金属化过孔阵列穿过介质基板、连接上右极板和下右极板；

上左极板、下左极板和左边金属化过孔阵列是电气相连的，一起构成基片集成槽线波导组合传输线的左极板；上右极板、下右极板和右边金属化过孔阵列是电气相连的，一起构成基片集成槽线波导组合传输线的右极板；左极板、右极板、左极板和右极板之间的介质基板一起构成基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线；

上左极板、下左极板、左边金属化过孔阵列、上左极板和下左极板之间的介质基板一起构成基片集成槽线波导组合传输线的基片集成波导。

改变上左极板与上右极板边缘之间的上缝隙，可以调节基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线的特性阻抗；改变下左极板与下右极板边缘之间的下缝隙，可以调节基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线的特性阻抗和相速。

改变左边金属化过孔阵列与右边金属化过孔阵列之间的距离，可以调节基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线的特性阻抗和相速；改变左边金属化过孔阵列和右边金属化过孔阵列中相邻金属化过孔的间距，可以调节基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线的特性阻抗和相速。

改变左边金属化过孔阵列中相邻金属化过孔的间距，可以微调基片集成槽线波导组合传输线的基片集成波导的特性阻抗和相速。

上左极板和下左极板从左边金属化过孔阵列往左边偏离双面槽线的方向的宽度，要大于基片集成波导所传输信号的四分之一工作波长。

金属化过孔阵列中，相邻金属化过孔的间距要小于十分之一波长。

左极板和右极板电气不相连，因此基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线可以传输从直流到射频微波的信号，而且基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线的传输模式是水平极化的。而基片集成槽线波导组合传输线的基片集成波导传输模式是垂直极化的。

传输线的特性阻抗和相速与传输线两个极板之间的耦合电容有关。耦合电容越大，特性阻抗越低。普通槽线传输线的耦合电容就只靠一个缝隙之间的边缘电容提供，而且缝隙电容比较小，因此普通槽线的特性阻抗很难做小。而基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线的耦合电容由三部分构成：上左极板与上右极板边缘之间上缝隙的边缘电容，下左极板与下右极板边缘之间下缝隙的边缘电容和两排金属化过孔阵列之间的电容。因此基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线的特性阻抗既可以做得比较小，也可以做得比较大，因此基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线的特性阻抗可调节范围宽。同理基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线相速的可调节范围也宽。

在使用中，也可以固定改变上左极板与上右极板边缘之间的上缝隙间距，以满足跨接元件封装尺寸对间距的要求，这时可以改变下左极板与下右极板边缘之间的下缝隙间距、或者改变左边金属化过孔阵列与右边金属化过孔阵列之间的距离，可以调节基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线的特性阻抗和相速，以满足***对特性阻抗或相速的要求。

有益效果：本发明的基片集成槽线波导组合传输线的有益效果是，该传输线可以支持水平和垂直两种极化类型的模式的传输，其中支持水平极化模式传输的双面槽线的特性阻抗及相速可调节范围宽、功率容量大，还可以同时满足特性阻抗和元件封装对缝隙间距的要求。

附图说明

图1为基片集成槽线波导组合传输线结构示意图。

图2为基片集成槽线波导组合传输线结构横截面示意图。

图中有：介质基板1、上左极板11、上右极板12、下左极板13、下右极板14、左边金属化过孔阵列21、右边金属化过孔阵列22、上缝隙31、下缝隙、双面槽线51和基片集成波导52。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明所采用的实施方案是：基片集成槽线波导组合传输线包括介质基板1、设置在介质基板1两面的上左极板11、上右极板12、下左极板13和下右极板14；介质基板1的上面是上左极板11和上右极板12，上左极板11与上右极板12的边缘平行，上左极板11与上右极板12边缘之间有上缝隙31；介质基板1的下面是下左极板13和下右极板14，下左极板13与下右极板14的边缘平行，下左极板13与下右极板14边缘之间有下缝隙32；左边金属化过孔阵列21与右边金属化过孔阵列22平行，左边金属化过孔阵列21穿过介质基板1、连接上左极板11和下左极板13，右边金属化过孔阵列22穿过介质基板1、连接上右极板12和下右极板14；

上左极板11、下左极板13和左边金属化过孔阵列21是电气相连的，一起构成基片集成槽线波导组合传输线的左极板；上右极板12、下右极板14和右边金属化过孔阵列22是电气相连的，一起构成基片集成槽线波导组合传输线的右极板；左极板、右极板、左极板和右极板之间的介质基板1一起构成基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线51；

上左极板11、下左极板13、左边金属化过孔阵列21、上左极板11和下左极板13之间的介质基板1一起构成基片集成槽线波导组合传输线的基片集成波导52。

改变上左极板11与上右极板12边缘之间的上缝隙31，可以调节基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线51的特性阻抗；改变下左极板13与下右极板14边缘之间的下缝隙32，可以调节基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线51的特性阻抗和相速。

改变左边金属化过孔阵列21与右边金属化过孔阵列22之间的距离，可以调节基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线51的特性阻抗和相速；改变左边金属化过孔阵列21和右边金属化过孔阵列22中相邻金属化过孔的间距，可以调节基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线51的特性阻抗和相速。

改变左边金属化过孔阵列21中相邻金属化过孔的间距，可以微调基片集成槽线波导组合传输线的基片集成波导52的特性阻抗和相速。

上左极板11和下左极板13从左边金属化过孔阵列21往左边偏离双面槽线51的方向的宽度，要大于基片集成波导52所传输信号的四分之一工作波长。

左边金属化过孔阵列21和右边金属化过孔阵列22中，相邻金属化过孔的间距要小于十分之一波长。

左极板和右极板电气不相连，因此基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线51可以传输从直流到射频微波的信号，而且基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线51的传输模式是水平极化的。而基片集成槽线波导组合传输线的基片集成波导52传输模式是垂直极化的。

传输线的特性阻抗和相速与传输线两个极板之间的耦合电容有关。耦合电容越大，特性阻抗越低。普通槽线传输线的耦合电容就只靠一个缝隙之间的边缘电容提供，而且缝隙电容比较小，因此普通槽线的特性阻抗很难做小。而基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线51的耦合电容由三部分构成：上左极板11与上右极板12边缘之间上缝隙31的边缘电容，下左极板13与下右极板14边缘之间下缝隙32的边缘电容，左边金属化过孔阵列21和右边金属化过孔阵列22之间的电容。因此基片集成槽线波导组合传输线的的双面槽线51的特性阻抗既可以做得比较小，也可以做得比较大，因此基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线51的特性阻抗可调节范围宽。同理基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线51相速的可调节范围也宽。

在使用中，也可以固定改变上左极板11与上右极板12边缘之间的上缝隙31间距，以满足跨接元件封装尺寸对间距的要求，这时可以改变下左极板13与下右极板14边缘之间的下缝隙32间距、或者改变左边金属化过孔阵列21与右边金属化过孔阵列22之间的距离，可以调节基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线51的特性阻抗和相速，以满足***对特性阻抗或相速的要求。

上极右板12、下右极板14、右边金属化过孔阵列22、上极右板12和下右极板14之间的介质基板1一起，也可以再构成一个基片集成波导，这样基片集成槽线波导组合传输线可以同时有三种传输线结构：一种双面槽线和两种基片集成波导。

在工艺上，基片集成槽线波导组合传输线既可以采用普通的印刷电路板(PCB)工艺，也可以采用低温共烧陶瓷(LTCC)工艺或者CMOS、Si基片等集成电路工艺实现。其中左边金属化过孔阵列21和右边金属化过孔阵列22可以是空心金属通孔也可以是实心金属孔，金属通孔的形状可以是圆形，也可以是方形或者其他形状的。

根据以上所述，便可实现本发明。

Claims (5)

1.一种基片集成槽线波导组合传输线，其特征在于该传输线包括介质基板（1）、设置在介质基板（1）两面的上左极板（11）、上右极板（12）、下左极板（13）和下右极板（14）；介质基板（1）的上面是上左极板（11）和上右极板（12），上左极板（11）与上右极板（12）的边缘平行，上左极板（11）与上右极板（12）边缘之间有上缝隙（31）；介质基板（1）的下面是下左极板（13）和下右极板（14），下左极板（13）与下右极板（14）的边缘平行，下左极板（13）与下右极板（14）边缘之间有下缝隙（32）；左边金属化过孔阵列（21）与右边金属化过孔阵列（22）平行，左边金属化过孔阵列（21）穿过介质基板（1）、连接上左极板（11）和下左极板（13），右边金属化过孔阵列（22）穿过介质基板（1）、连接上右极板（12）和下右极板（14）；

上左极板（11）、下左极板（13）和左边金属化过孔阵列（21）是电气相连的，一起构成基片集成槽线波导组合传输线的左极板；上右极板（12）、下右极板（14）和右边金属化过孔阵列（22）是电气相连的，一起构成基片集成槽线波导组合传输线的右极板；左极板、右极板、左极板和右极板之间的介质基板（1）一起构成基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线（51）；

上左极板（11）、下左极板（13）、左边金属化过孔阵列（21）、介质基板（1）在上左极板（11）和下左极板（13）之间的介质一起构成基片集成槽线波导组合传输线的基片集成波导（52）；

左极板和右极板电气不相连，基片集成槽线波导组合传输线可以同时支持水平和垂直两种极化类型的模式的传输；基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线（51）可以传输从直流到射频微波的信号，双面槽线（51）的传输模式是水平极化的；基片集成槽线波导组合传输线的基片集成波导（52）传输模式是垂直极化的。

2.根据权利要求1所述的一种基片集成槽线波导组合传输线，其特征在于所述的上缝隙（31），改变上左极板（11）与上右极板（12）边缘之间的上缝隙（31），可以调节基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线（51）的特性阻抗；改变下左极板（13）与下右极板（14）边缘之间的下缝隙（32），可以调节基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线（51）的特性阻抗和相速。

3.根据权利要求1所述的一种基片集成槽线波导组合传输线，其特征在于所述的左边金属化过孔阵列（21）、右边金属化过孔阵列（22），改变二者之间的距离，可以调节基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线（51）的特性阻抗和相速；改变左边金属化过孔阵列（21）和右边金属化过孔阵列（22）中相邻金属化过孔的间距，可以调节基片集成槽线波导组合传输线的双面槽线（51）的特性阻抗和相速。

4.根据权利要求1所述的一种基片集成槽线波导组合传输线，其特征在于所述的左边金属化过孔阵列（21），改变其中相邻金属化过孔的间距，可以微调基片集成槽线波导组合传输线的基片集成波导（52）的特性阻抗和相速。

5.根据权利要求1所述的一种基片集成槽线波导组合传输线，其特征在于所述的上左极板（11）、下左极板（13），其中，上左极板（11）和下左极板（13）从左边金属化过孔阵列（21）开始往左到极板的端部的宽度相等，其宽度根据阻抗要求确定，要大于基片集成波导（52）所传输信号的四分之一工作波长。

Images