CN109830790B

CN109830790B - 一种全封闭共面集成波导至带状线过渡装置

Info

Publication number: CN109830790B
Application number: CN201910179819.1A
Authority: CN
Inventors: 褚慧; 朱晓华; 李静锴
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2020-09-08
Anticipated expiration: 2039-03-11
Also published as: CN109830790A

Abstract

本发明提供一种全封闭共面集成波导至带状线过渡装置，包括依次层叠设置第一金属层、第一介质基板、第二金属层、第二介质基板、第三金属层、共面集成波导结构、模式转换结构、阻抗匹配线、带状线以及SMA接头；第一介质基板上设有一空腔，SMA接头的内芯穿过第二介质基板后在所述空腔中与共面集成波导结构焊接，所述空腔的上表面将被一金属薄片覆盖并形成完成封闭的共面波导集成结构。本发明将共面集成波导结构用金属完全封闭并采用SMA接头进行馈电，同时形成了对应的共面波导至带状线传输线结构，使得多个带状线的横向紧密设置成为可能；本发明适用于需使用SMA进行馈电且多个该结构需要横向密集排列的结构，同时还具有所占面积较小，***损耗低的优势。

Description

一种全封闭共面集成波导至带状线过渡装置

技术领域

本发明涉及微波技术领域，特别是涉及一种全封闭共面集成波导至带状线过渡装置。

背景技术

带状线是由两块接地金属带与中间一块宽度ω、厚度t的矩形截面导体带构成的传输线，带状线中信号线的上下均被金属地遮挡，使得该种传输结构在毫米波、亚毫米波均具有较低的***损耗，正是由于金属地的遮挡，使得带状线结构需要设计一种过渡结构用于实际器件中的馈电。

共面集成波导结构由于两侧均为地面，使得信号在其间传输时，模式为TEM模，也同样具有在毫米波、亚毫米波频段***损耗低的优势；同时该结构由于只有两侧为地面，便于与SMA头结合从而进行馈电。

将以上两种传输结构结合，使得一方面便于实际馈电，另一方面便于器件的设计，是一种可行的毫米波、亚毫米波器件设计方法。现在已有不少文献介绍这两种传输结构之间的过渡互联。

现有的结构中，绝大部分的共面集成波导的两侧地也为带状线结构的上表面地。这种设计方法使得当需要多个带状线结构横向紧密设置时，上一个带状线结构的下表面地会与下一个带状线结构中的共面波导结构信号线接触，造成馈电失败。

因此，现有技术存在缺陷，亟需改进。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种全封闭共面集成波导至带状线过渡装置，解决现有技术中无法横向紧密设置多个带状线馈电结构的问题。

本发明提供一种全封闭共面集成波导至带状线过渡装置，包括：依次层叠设置第一金属层、第一介质基板、第二金属层、第二介质基板、第三金属层、共面集成波导结构、与共面集成波导结构连接的模式转换结构、与模式转换结构连接的阻抗匹配线、与阻抗匹配线连接的带状线以及SMA接头；其中所述共面集成波导结构、模式转换结构、阻抗匹配线以及带状线均设置在所述第二金属层上；第一介质基板上设有一空腔，SMA接头的内芯穿过第二介质基板后在所述空腔中与共面集成波导结构焊接，所述空腔的上表面将被一金属薄片覆盖并形成完成封闭的共面波导集成结构。

进一步，所述第二金属层设有呈矩形的第一缝隙以及与第一缝隙连通的第二缝隙，第二缝隙按照四分之一圆的外边沿逐步打开，第一缝隙一端封闭并形成封闭端，第一缝隙另一端按照四分之一圆的外边沿逐步打开并形成打开端；所述共面集成波导结构的等效地面部分包括第一缝隙和位于第一缝隙的封闭端的第一信号线；所述模式转换结构的等效地面部分包括第二缝隙和位于第二缝隙内的第二信号线。

进一步，所述阻抗匹配线和带状线均位于第一缝隙和第二缝隙外；所述第一信号线与第二信号线连接，所述第二信号线与阻抗匹配线连接；所述第一信号线、第二信号线、阻抗匹配线和带状线7依序连接形成了共面波导至带状线传输线结构。

进一步，所述空腔位于所述第一缝隙的上方。

进一步，所述第一信号线完全封闭在所述金属薄片和第二介质基板之间。

进一步，所述第二金属层在所述第一缝隙周围设有仅穿过第二介质基板层的多个第一金属化通孔。

进一步，所述第二金属层在第一金属化通孔***设有穿过第一介质基板与第二介质基板的多个第二金属化通孔。

进一步，所述第二金属层在所述第二缝隙周围设有穿过第一介质基板与第二介质基板的多个第三金属化通孔。

进一步，所述第一介质基板与第二介质基板层中设有与金属化通孔对应的多个接地金属化通孔。

当需要多个带状线结构横向紧密设置时，传统设计里上一个带状线结构的下表面地会与下一个带状线结构中的共面波导结构信号线接触，造成馈电失败；本发明将共面集成波导结构用金属完全封闭并采用SMA接头的内芯从底部进行馈电，同时形成了对应的共面波导至带状线传输线结构，使得多个带状线的横向紧密设置成为可能；本发明适用于需使用SMA进行馈电且多个该结构需要横向密集排列的结构，同时还具有所占面积较小，***损耗低的优势。

附图说明

图1为本发明优选实施例中全封闭共面集成波导至带状线过渡装置的三维整体结构示意图；

图2为图1所示全封闭共面集成波导至带状线过渡装置本的俯视图；

图3为图1所示全封闭共面集成波导至带状线过渡装置的S参数仿真结果图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明揭示一种全封闭共面集成波导至带状线过渡装置，其通过 SMA馈电实现。

图1所示为本发明全封闭共面集成波导至带状线过渡装置的结构示意图，图2为全封闭共面集成波导至带状线过渡装置的俯视图，与图1配合，方便理解。

全封闭共面集成波导至带状线过渡装置包括：依次层叠设置第一金属层1、第一介质基板2、第二金属层3、第二介质基板4以及第三金属层5。

全封闭共面集成波导至带状线过渡装置还包括设置在第二金属层3上的共面集成波导结构、与共面集成波导结构连接的模式转换结构、与模式转换结构连接的阻抗匹配线8以及与阻抗匹配线8连接的带状线7。

第二金属层3设有呈矩形的第一缝隙31以及与第一缝隙31连通的第二缝隙32，第二缝隙32按照四分之一圆的外边沿逐步打开，第一缝隙31一端封闭并形成封闭端，第一缝隙31另一端按照四分之一圆的外边沿逐步打开并形成打开端。

共面集成波导结构的等效地面部分包括第一缝隙31和位于第一缝隙31的封闭端的第一信号线6；模式转换结构的等效地面部分包括第二缝隙32和位于第二缝隙32内的第二信号线16。阻抗匹配线8 和带状线7均位于第一缝隙31和第二缝隙32 外。

共面集成波导结构的第一信号线6与模式转换结构中的第二信号线16直接相连，第二信号线16与阻抗匹配线8连接，阻抗匹配线 8与带状线7相连，由于第一信号线6、第二信号线16、阻抗匹配线 8和带状线7依序连接以形成了共面波导至带状线传输线结构。

本发明中共面集成波导结构的特征阻抗为50欧姆。阻抗匹配线 8的长度约为工作频率介质波长的四分之一。

第一介质基板2设有一空腔12，空腔12位于第二金属层3的第一缝隙31的上方，空腔12与共面集成波导结构的第一信号线6对称设置。

SMA接头13的内芯14穿过第二介质基板4后在空腔12中与第一信号线6焊接后，空腔12的上表面将被金属薄片15覆盖，从而将第一信号线6完全封闭并形成共面波导集成机构，即第一信号线6完全封闭在金属薄片15和第二介质基板4之间。

第一介质基板2和第二介质基板4采用的材料均为Roger 5880，第一介质基板2和第二介质基板4的厚度均为45mil至55mil，最好为50mil。

第二金属层3在第一缝隙31周围设有仅穿过第二介质基板层4 的多个第一金属化通孔11；第二金属层3在第一金属化通孔11***还设有穿过第一介质基板2与第二介质基板4的多个第二金属化通孔 10；第二金属层3在第二缝隙32周围也设有穿过第一介质基板2与第二介质基板4的多个第三金属化通孔9。

第一介质基板2与第二介质基板层4中设置分别与第一金属化通孔11、第二金属化通孔10和第三金属化通孔9对应的多个接地金属化通孔。

图3为全封闭共面集成波导至带状线过渡装置的S参数仿真结果，可以看到，过渡装置在8GHz到18GHz的工作频带内，***损耗均小于0.4dB，回波损耗优于-15dB，性能均十分优良。

当需要多个带状线结构横向紧密设置时，传统设计里上一个带状线结构的下表面地会与下一个带状线结构中的共面波导结构信号线接触，造成馈电失败；本发明将共面集成波导结构用金属完全封闭并采用SMA接头13的内芯14从底部进行馈电，同时形成了对应的共面波导至带状线传输线结构，使得多个带状线的横向紧密设置成为可能。

可以理解地，上述各个尺寸参数只是在本实施例中的一种优化设置，其不能作为限制本发明范围的理由，各个尺寸参数可以根据实际情况进行优化配置。

本发明适用于需使用SMA进行馈电且多个过渡装置需要横向密集排列的结构，同时还具有所占面积较小，***损耗低的优势。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种全封闭共面集成波导至带状线过渡装置，其特征在于，包括：第一金属层、第一介质基板、第二金属层、第二介质基板、第三金属层、共面集成波导结构、与共面集成波导结构连接的模式转换结构、与模式转换结构连接的阻抗匹配线、与阻抗匹配线连接的带状线以及SMA接头；其中第一金属层、第一介质基板、第二金属层、第二介质基板以及第三金属层依次层叠设置；所述共面集成波导结构、模式转换结构、阻抗匹配线以及带状线均设置在所述第二金属层上；第一介质基板上设有一空腔，SMA接头的内芯穿过第二介质基板后在所述空腔中与共面集成波导结构焊接，所述空腔的上表面将被一金属薄片覆盖并形成完成封闭的共面波导集成结构；所述第二金属层设有呈矩形的第一缝隙以及与第一缝隙连通的第二缝隙，第一缝隙一端封闭并形成封闭端，第一缝隙另一端与第二缝隙的一端连接，第二缝隙的另一端按照四分之一圆的外边沿逐步打开并形成打开端；所述共面集成波导结构包括第一缝隙和位于第一缝隙的封闭端的第一信号线；所述模式转换结构包括第二缝隙和位于第二缝隙内的第二信号线；所述阻抗匹配线和带状线均位于第一缝隙和第二缝隙外；所述第一信号线与第二信号线连接，所述第二信号线与阻抗匹配线连接；所述第一信号线、第二信号线、阻抗匹配线和带状线依序连接形成了共面波导至带状线传输线结构；所述空腔位于所述第一缝隙的上方；

所述第一信号线完全封闭在所述金属薄片和第二介质基板之间；所述第二金属层在所述第一缝隙周围设有仅穿过第二介质基板层的多个第一金属化通孔；所述第二金属层在第一金属化通孔***设有穿过第一介质基板与第二介质基板的多个第二金属化通孔；所述第二金属层在所述第二缝隙周围设有穿过第一介质基板与第二介质基板的多个第三金属化通孔。