CN107204519B - 基于平面传输线结构的电磁辐射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于平面传输线结构的电磁辐射装置，包括：屏蔽板，屏蔽板形成有沿长度方向延伸的凹槽和至少一个穿设于凹槽的贯通孔；印制电路板组件，印制电路板组件包括：介质基板，介质基板贴设于屏蔽板的上表面，介质基板形成有与贯通孔相对应的观察口；中心金属带，中心金属带敷设于介质基板上表面且沿介质基板长度方向延伸；上接地金属带，上接地金属带敷设于介质基板上表面且位于中心金属带的两侧；射频转接组件，射频转接组件安装设至屏蔽板的两端以向中心金属带传输电磁波。本发明实施例的电磁辐射装置实现了辐照过程中生物实验操作的便利性，又具有单模工作频率范围大、功率效率高等电磁特性，并且使得电磁辐射装置加工制造简单。

Description

基于平面传输线结构的电磁辐射装置

技术领域

本发明属于微波技术领域，具体涉及一种基于平面传输线结构的电磁辐射装置。

背景技术

随着通信和电子技术的发展和广泛应用，例如手机等无线通讯设备的快速普及，电磁波可能对健康存在潜在的危害。

电磁辐射生物效应研究是评估电磁辐射潜在健康危害的方式之一，其中，电磁辐射***是研究电磁辐射生物效应的基础。在电磁辐射过程中生物效应的研究中，往往涉及快速的生物反应，如膜电位、离子通道电流等电生理信号在电磁辐射过程中或辐射后短时间内(毫秒级)即可产生变化，因此，要求电磁辐射与生物指标检测同时进行，从而对电磁辐射***提出了特殊的要求。

电磁辐射***通常包括：电磁辐射结构单元、电磁信号调制单元、生物样本所需微环境维持单元及软件支持***等，其中，电磁辐射结构单元用于形成暴露场，直接辐射生物样本，是整个***的关键。当前的电磁辐射结构单元在实际应用中要么存在生物实验易操作性差，要么存在工作频率带宽尤其是单模传输带宽窄、功率效率低等问题。

发明内容

为此，本发明提出一种基于平面传输线结构的电磁辐射装置，该电磁辐射装置既实现了辐照过程中生物实验操作的便利性，又具有阻抗匹配易实现、单模工作频率范围大、功率效率高等电磁特性。

根据本发明实施例的基于平面传输线结构的电磁辐射装置，包括：屏蔽板，所述屏蔽板形成有沿长度方向的凹槽和至少一个穿设于所述凹槽的贯通孔；印制电路板组件，所述印制电路板组件包括：介质基板，所述介质基板贴设于所述屏蔽板的上表面，所述介质基板形成有与所述贯通孔相对应的观察口；中心金属带，所述中心金属带敷设于所述介质基板上表面且沿所述介质基板长度方向延伸；上接地金属带，所述上接地金属带敷设于所述介质基板上表面且位于所述中心金属带的两侧，其中，所述中心金属带与所述上接地金属带不接触；射频转接组件，所述射频转接组件安装设至所述屏蔽板的两端以向所述中心金属带传输电磁波。

根据本发明实施例的电磁辐射装置采用开放式的平面传输线结构，在进行生物实验时操作方便，且通过将印制电路板组件贴合设置屏蔽板使得本电磁辐射装置具有较好的电磁特性，表现为阻抗匹配良好、单模工作频率范围大、功率效率高，且具有加工制造简单和成本低等特点。

另外，根据本发明实施例的基于平面传输线结构的电磁辐射装置，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述印制电路板组件还包括：下接地金属带，所述下接地金属带敷设于所述介质基板下表面与所述上接地金属带相对应；所述介质基板、所述上接地金属带和所述下接地金属带形成有电连通的过孔，用于导通所述上接地金属带和所述下接地金属带,以达到更好的接地效果及电磁场屏蔽的效果，保证信号完整性。

根据本发明的一个实施例，所述屏蔽板与所述印制电路板组件在水平方向的投影重合。

根据本发明的一个实施例，所述下接地金属带的间距与所述凹槽的宽度一致。

根据本发明的一个实施例，所述中心金属带的宽度、所述中心金属带与所述上接地金属带之间的距离，所述屏蔽板的凹槽的宽度和厚度、所述介质基板的厚度、所述中心金属带和所述上接地金属带的厚度满足条件：使得所述电磁辐射装置的阻抗值大小为50欧姆。

根据本发明的一个实施例，所述中心金属带的两端分别设有渐变结构，所述渐变结构的宽度由内侧向外侧方向逐渐减小。

根据本发明的一个实施例，所述射频转接组件包括：固定板，所述固定板分别贴合于所述屏蔽板的两个端面；射频连接器，所述射频连接器安装于所述固定板，且所述射频连接器的中心导体与所述中心金属带电连接。

根据本发明的一个实施例，所述射频连接器通过固定螺丝与所述固定板和所述屏蔽板相连接。

根据本发明的一个实施例，所述射频连接器的接地部分与所述固定板电接触。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的印制电路板组件的立体图；

图2是根据本发明一个实施例的屏蔽板、射频转接组件的立体图；

图3是根据本发明一个实施例的基于平面传输线结构的电磁辐射装置的剖视图。

附图标记：

基于平面传输线结构的电磁辐射装置100；

屏蔽板10；凹槽11；贯通孔12；

印制电路板组件20；介质基板21；观察口211；中心金属带22；渐变结构221；上接地金属带23；下接地金属带24；过孔25；

射频转接组件30；固定板31；射频连接器32。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照图1-图3描述根据本发明实施例的基于平面传输线结构的电磁辐射装置100。该电磁辐射装置100用于产生对生物样本的暴露场。在辐射过程中可以通过膜片钳***检测生物样本的电生理信号，从而可以实时检测生物样本的电生理信号。

根据本发明实施例的基于平面传输线结构的电磁辐射装置100大体可以包括：屏蔽板10、印制电路板组件20和射频转接组件30。

具体地，屏蔽板10形成有凹槽11和至少一个穿设于凹槽11的贯通孔12。如图1所示，凹槽11沿屏蔽板10的长度方向延伸，其中长度方向如图1中的前后方向；贯通孔12沿屏蔽板10的厚度方向延伸，其中厚度方向如图1中的上下方向。

如图2所示，印制电路板组件20包括：介质基板21、中心金属带22和上接地金属带23。具体地，参照图3结合图2所示，介质基板21贴设于屏蔽板10的上表面，介质基板21形成有与贯通孔12相对应的观察口211，中心金属带22敷设于介质基板21上表面且沿介质基板21长度方向延伸。即贯通孔12和观察口211光路相通，通过贯通孔12和观察口211可以观察到设置于中心金属带上表面的生物样本的状态。这样，在光镜配合下，实验人员可以将检测电极接入生物样本中，该开放式印制电路板组件20使得实验人员操作不受阻碍，更加方便。其中，介质基板21可以选用介质损耗低于预设值的高频介质材料。

上接地金属带23设至介质基板21上表面且位于中心金属带22的两侧，其中，中心金属带22与上接地金属带23不接触。

中心金属带22侧边缘分别与上接地金属带23的侧边缘间隔预定距离，其中，观察口211位于中心金属带22和上接地金属带23之间。

参考图1，射频转接组件30安装设至屏蔽板10的两端以将同轴电缆中的电磁波传输至中心金属带22，从而在中心金属带22的周围空间形成电磁场，对放置于中心金属带22上的生物样本进行电磁暴露。

如图3结合图1和图2所示，屏蔽板10与印制电路板组件20在水平方向的投影重合。换言之，屏蔽板10与印制电路板组件20在左右方向和前后方向的尺寸一致。

如图3所示，下接地金属带24的间距与凹槽11的宽度一致，形成屏蔽腔体。可以理解的是，印制电路板组件20与屏蔽板10实质上形成了微屏蔽共面波导结构。该结构减少了印制电路板下方的电磁损耗，加之是近场辐射，保证了本电磁辐射装置的功率效率较高；而且也优化了本电磁辐射装置的电磁特性，使其具有较大的单模工作频率范围，且其工作模式为准TEM模。

由此，根据本发明实施例的基于平面传输线结构的电磁辐射装置100采用开放式传输线的结构，在进行生物实验时操作方便，且通过将印制电路板组件20贴合设置屏蔽板10使得本电磁辐射装置100具有良好的电磁特性，表现为阻抗匹配良好、具有很大的单模工作频率范围、功率效率高、加工简单和成本低等特点。

需要说明的是，根据本发明实施例的基于平面传输线结构的电磁辐射装置100，广泛用于电磁辐射实时生物效应的研究，尤其可适用于生物样本电信号的实时检测的电磁辐射过程。

在本发明一些实施例中，印制电路板组件20进一步包括：下接地金属带24。下接地金属带24敷设于介质基板21下表面与上接地金属带23相对应。介质基板21、上接地金属带23和下接地金属带24形成有相互连通的过孔25用于导通上接地金属带23和下接地金属带24。由此，实现更好的接地效果及电磁场屏蔽的效果，保证信号完整性。该基于平面传输线结构的电磁辐射装置100中，介质基板21的上方及介质基板21与屏蔽板10的凹槽11所形成腔室均为空气，为减少介质基板21对电磁场特性的影响，介质基板21的厚度应尽可能的薄，使得电磁波近似在均匀介质中传播。其中，中心金属带22、上接地金属带23和下接地金属带24的材质可以为电导率、满足预设要求的金属。

此外，在该基于平面传输线结构的电磁辐射装置100中，为了实现良好的阻抗匹配，要求波源阻抗、传输线阻抗和负载阻抗三者相匹配。常见的波源和负载的阻抗是50Ω，所以本发明实施例的电磁辐射装置100的阻抗以50Ω为基准。中心金属带22的宽度、中心金属带22与上接地金属带23之间的距离，屏蔽板10的凹槽11的宽度和厚度、介质基板21的厚度、中心金属带22和上接地金属带23的厚度满足条件：使得电磁辐射装置100的阻抗值大小为50欧姆。

可选实施例中，如图2所示，中心金属带22的两端分别设有渐变结构221，渐变结构221的宽度由外侧向内侧方向逐渐增大。其中，中心金属带22的两端分别与射频连接器32的中心导体接触，通过设置渐变结构221可以减少射频连接器32处的反射，避免阻抗突变，降低微波传输过程中损耗。需要说明的是，这里“宽度”指的是图2所示的中心金属带22左右方向的距离，“内”和“外”相对于中心金属带22的中心位置而言，靠近中心金属带22中心的一侧为内，远离中心金属带22的一侧为外。

在本发明另一些具体实施例中，如图1所示，射频转接组件30包括：固定板31和射频连接器32，固定板31分别贴合于屏蔽板10的两个端面。射频连接器32安装于固定板31，且射频连接器32的中心导体与中心金属带22电连接。射频连接器32作用是将同轴线中传输的电磁波转移至中心金属带22上。其中，射频连接器32的带宽不能太小，否则会限制整个电磁辐射装置100的工作频率带宽。例如，该射频连接器32可以选用传输频率为DC-12GHz，阻抗50Ω的SMA型射频连接器32。可以理解的是，上述仅是示意性的，并不是对本发明保护范围的限制，射频连接器32也可以直接于屏蔽板10。

其中，射频连接器32可以通过固定螺丝与固定板31连接，固定板31再通过螺丝定位于屏蔽板10，由此，射频连接器32与中心金属带22的连接受力集中于固定板31和屏蔽板10，可以避免印制电路板组件20在使用过程中出现损坏。

进一步可选示例中，固定板31为金属件，例如金属铜，射频连接器32的接地部分与固定板31电接触，从而射频连接器32可以通过固定板31和屏蔽板10接地。其中，屏蔽板10和固定板31的材质为电导率、机械强度满足预设要求的金属。

进一步可选实施例中，中心金属带22、上接地金属带23和下接地金属带24的材质可以为金属铜。在需改善其电磁性能的情况下，可在中心金属带22、上接地金属带23和下接地金属带24表面镀金。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“、底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种基于平面传输线结构的电磁辐射装置，其特征在于，包括：

屏蔽板，所述屏蔽板形成有沿长度方向的凹槽和至少一个穿设于凹槽的贯通孔；

印制电路板组件，所述印制电路板组件包括：

介质基板，所述介质基板贴设于所述屏蔽板的上表面，所述介质基板形成有与所述贯通孔相对应的观察口；

中心金属带，所述中心金属带敷设于所述介质基板上表面且沿所述介质基板长度方向延伸；

上接地金属带，所述上接地金属带敷设于所述介质基板上表面且位于所述中心间金属带的两侧，其中，所述中心金属带与所述上接地金属带不接触；

射频转接组件，所述射频转接组件安装设至所述屏蔽板的两端以向所述中心金属带传输电磁波；所述射频转接组件包括：固定板，所述固定板为金属件，所述固定板分别贴合于所述屏蔽板的两个端面；射频连接器，所述射频连接器安装于所述固定板，且所述射频连接器的中心导体与所述中心金属带电连接；所述射频连接器的接地部分与所述固定板电接触，从而所述射频连接器通过所述固定板和所述屏蔽板接地。

2.根据权利要求1所述的基于平面传输线结构的电磁辐射装置，其特征在于，所述印制电路板组件还包括：下接地金属带，所述下接地金属带敷设于所述介质基板下表面与所述上接地金属带相对应，所述介质基板、所述上接地金属带和所述下接地金属带形成有连通的过孔，用于导通所述上接地金属带和所述下接地金属带。

3.根据权利要求1所述的基于平面传输线结构的电磁辐射装置，其特征在于，所述屏蔽板与所述印制电路板组件在水平方向的投影重合。

4.根据权利要求2所述的基于平面传输线结构的电磁辐射装置，其特征在于，所述下接地金属带的间距与所述凹槽的宽度一致。

5.根据权利要求1所述的电磁辐射装置，其特征在于，所述中心金属带的宽度、所述中心金属带与所述上接地金属带之间的距离，所述屏蔽板的凹槽的宽度和厚度、所述介质基板的厚度、所述中心金属带和所述上接地金属带的厚度满足条件：使得所述电磁辐射装置的阻抗值大小为50欧姆。

6.根据权利要求1所述的基于平面传输线结构的电磁辐射装置，其特征在于，所述中心金属带的两端分别设有渐变结构，所述渐变结构的宽度由外侧向内侧方向逐渐增大。

7.根据权利要求1-6所述的基于平面传输线结构的电磁辐射装置，其特征在于，所述射频连接器通过固定螺丝与所述固定板和所述屏蔽板连接，且所述射频连接器的接地部分与所述固定板电接触。