CN110364799A - 双脊集成基片间隙波导 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了双脊集成基片间隙波导，其包括上层介质板、下层介质板以及间隔介质板；上层介质板的上表面印刷有第一接地金属层，下表面印刷有第一微带线，第一微带线上设有周期性排列的第一金属过孔，在第一微带线的两侧印刷有周期性排列的第一金属贴片，每一第一金属贴片上设有第二金属过孔，每一第二金属贴片上设有第二金属过孔；下层介质板的下表面印刷有第二接地金属层，上表面的构造与上层介质板的下表面的构造一致。本发明能够实现更低的损耗和选通TEM模式的电磁波。
Description
技术领域
本发明涉及波导技术领域，特别是涉及双脊集成基片间隙波导。
背景技术
矩形波导和微带线电路是常用来传输电磁波的器件，矩形波导损耗较低，微带线电路制造便宜简单，灵活性大，被广泛应用于通信***中。但是，矩形波导和微带线电路均只适用于微波频段，在毫米波频段，矩形波导存在制造复杂的问题，微带线电路存在高损耗的问题，因此，需要寻求新的传输电路，应用于毫米波频段的设计。
为了寻求在高频领域更好的发展，平面波导应运而生，基片集成波导(SIW)的概念被提出来。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)的提出为以上问题提供了比较好的解决方案，基片集成波导采用了印刷电路板(PCB)技术，将空心矩形波导做在介质板上，以两排金属过孔阵列代替矩形波导的侧壁，在介质板上下两面覆盖金属形成上下壁，这样将矩形也将矩形波导的尺寸缩小了。但是基片集成波导依然存在介质损耗，随着频率增高，性能也会下降，此外，金属过孔的制造也很昂贵。
2009年，Per-Simon等学者提出了一款更适用与高频的间隙波导技术(GapWaveguide，GW)，间隙波导由PEC(理想电导体)层和PEC/PMC(理想磁导体)层两层导电结构组成，两层之间由小于1/4波长的空隙间隙(也可以是充满电介质)隔开，PEC/PMC层的高阻抗PMC结构环绕着金属脊，只有准TEM模式的电磁波可以沿着金属脊在空气间隙中传播，其他模式和其他方向的波都被禁止了。间隙波导最大的优点便是低损耗，不需要电连接。为了适应小型化的需求，2012年又提出了微带间隙波导。此后设计的间隙波导都以空气为间隙，直到2016年，张晶等学者提出了以介质板代替空气间隙，并在间隙层介质板的上表面涂覆一层金属作为PEC层，提出了基片集成间隙波导技术，即基片集成间隙波导，实现了更稳定的间隙高度和更简单的制作。
2018年，Nima Bayat-Makou等提出了双脊PRGW结构，该结构将间隙波导中的PEC+(PEC+PMC)结构改进为(PEC+PMC)+(PEC+PMC)，减少了传输两侧的边缘辐射，降低了损耗。但是其间隙层仍然为空气间隙，存在不稳定性。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供双脊集成基片间隙波导，能够实现更低的损耗和选通TEM模式的电磁波。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供双脊集成基片间隙波导，包括上层介质板(1)、下层介质板(3)以及设置在所述上层介质板(1)和下层介质板(3)之间的间隔介质板(2)；所述上层介质板(1)的上表面印刷有第一接地金属层(11)，所述上层介质板(1)的下表面印刷有第一微带线(12)，在所述第一微带线(12)上设有周期性排列的第一金属过孔(121)，在所述第一微带线(12)的两侧印刷有周期性排列的第一金属贴片(13)，每一所述第一金属贴片(13)上设有第二金属过孔(131)；所述下层介质板(3)的下表面印刷有第二接地金属层(31)，所述下层介质板(3)的上表面印刷有第二微带线(32)，在所述第二微带线(32)上设有第三金属过孔(321)，在所述第二微带线(32)的两侧印刷有周期性排列的第二金属贴片(33)，每一所述第二金属贴片(33)上设有第四金属过孔(331)；所述上层介质板(1)、间隔介质板(2)和下层介质板(3)粘合在一起或通过螺钉固定在一起。
优选的，所述第一微带线(12)和第二微带线(32)的尺寸相同且上下对齐。
优选的，所述第一微带线(12)和第二微带线(32)呈直线或者一次弯曲或多次弯曲的曲线，且当所述第一微带线(12)和第二微带线(32)呈曲线时，曲线的内转角和外转角要进行切角，切角为圆弧形切角或直切角。
优选的，所述第一金属贴片(13)、第二金属贴片(33)的尺寸相同、排列周期相同。
优选的，所述第一金属贴片(13)、第二金属贴片(33)为圆形或方形或三角形的贴片。
优选的，所述第一金属过孔(121)和第三金属过孔(321)的尺寸相同、排列周期相同。
优选的，所述第二金属过孔(131)和第四金属过孔(331)的尺寸相同、排列周期相同。
优选的，所述第一金属过孔(121)的尺寸小于所述第二金属过孔(131)的尺寸。
优选的，所述上层介质板(1)和下层介质板(3)均采用介电常数为3.48、损耗角正切为0.004的介质材料，所述间隔介质板(2)采用介电常数为2.2、损耗角正切为0.0009介质材料。
优选的，所述上层介质板(1)、间隔介质板(2)和下层介质板(3)的长度和宽度相同。
区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：通过采用三层介质板，其中上层介质板的上表面印刷有接地金属层，下表面印刷有微带线，微带线的外侧和内侧均印刷有周期性排列的矩形金属贴片，且矩形金属贴片和耦合微带线设有圆形金属过孔，下层介质板的下表面印刷有接地金属层，上表面的结构与上层介质板的下表面的结构一致，间隔介质板分隔上层介质板和下层介质板，通过上述方式，从而能够实现更低的损耗和选通TEM模式的电磁波。
附图说明
图1是本发明实施例的双脊集成基片间隙波导的结构示意图。
图2是图1所示的双脊集成基片间隙波导的上层介质板的俯视示意图。
图3是图1所示的双脊集成基片间隙波导的上层介质板的仰视示意图。
图4是图1所示的双脊集成基片间隙波导的下层介质板的俯视示意图。
图5是图1所示的双脊集成基片间隙波导的下层介质板的仰视示意图。
图6是图1所示的双脊集成基片间隙波导的S参数仿真结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1至图5，本发明实施例的双脊集成基片间隙波导包括上层介质板1、下层介质板3以及设置在上层介质板1和下层介质板3之间的间隔介质板2。
上层介质板1的上表面印刷有第一接地金属层11，上层介质板1的下表面印刷有第一微带线12，在第一微带线12上设有周期性排列的第一圆形金属过孔121，在第一微带线12的两侧印刷有周期性排列的第一金属贴片13，每一第一金属贴片13上设有第二金属过孔131。
下层介质板3的下表面印刷有第二接地金属层31，下层介质板3的上表面印刷有第二微带线32，在第二微带线32上设有第三金属过孔321，在第二微带线32的两侧印刷有周期性排列的第二金属贴片33，每一第二金属贴片33上设有第四金属过孔331。
第一金属过孔121和第二金属过孔131均贯穿上层介质板1与第一接地金属层11连接，第三金属过孔321和第四金属过孔331均贯穿下层介质板3与第二接地金属层31连接。
间隔介质板2用于分隔上层介质板1和下层介质板3，使上层介质板1和下层介质板3之间形成间隙。上层介质板1、下层介质板3和间隔介质板2粘合在一起或通过螺钉固定在一起。
每一第一金属贴片13与其上的第二金属过孔131构成第一种蘑菇型EBG结构，周期性排列的第一种蘑菇型EBG结构分布在第一微带线12两侧；每一第二金属贴片33与其上的第四金属过孔331构成第二种蘑菇型EBG结构，周期性排列的第二种蘑菇型EBG结构分布在第二微带线32两侧。这样，上层介质板1和下层介质板3上就都形成了周期性排列的蘑菇型EBG结构。
上层介质板1作为双脊集成基片间隙波导的过孔层，第一微带线12和第一圆形金属过孔121构成第一传导脊；下层介质板3同样作为双脊集成基片间隙波导的过孔层，第二微带线32和第三金属过孔321构成第二传导脊；间隔介质板2为双脊集成基片间隙波导介质的间隙层；第一传导脊和第二传导脊通过间隙层实现双脊集成基片间隙波导的传输功能。
在本实施例中，第一微带线12和第二微带线32的尺寸相同且上下对齐，第一微带线12和第二微带线32可以呈直线或者一次弯曲或多次弯曲的曲线，例如为波浪线，并且当第一微带线12和第二微带线32呈曲线时，曲线的内转角和外转角要进行切角，切角为圆弧形切角或直切角。第一金属贴片13、第二金属贴片33的尺寸相同、排列周期相同，第一金属贴片13、第二金属贴片33可以为圆形或方形或三角形等形状的贴片。第一金属过孔121和第三金属过孔321的尺寸相同、排列周期相同，第二金属过孔131和第四金属过孔331的尺寸相同、排列周期相同，第一金属过孔121的尺寸小于第二金属过孔131的尺寸。第一金属过孔121和第三金属过孔321分别沿着第一微带线12和第二微带线32的中心线排列。
为了详细说明本实施例的双脊集成基片间隙波导，下面给出一个具体实例。在该具体实例中，上层介质板1和下层介质板3均采用介电常数为3.48、损耗角正切为0.004的介质材料，间隔介质板2采用介电常数为2.2、损耗角正切为0.0009介质材料。上层介质板1、间隔介质板2和下层介质板3的长度和宽度相同。通过仿真及测试，从图6的S11参数仿真结果可以看出，在20GHz-35GHz频段内，可以实现-15dB以下的回波损耗，由S12参数仿真结果可知，在20GHz-35GHz频段内，损耗是小于0.3dB的。其中，S11表示回波损耗，S12表示隔离度。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种双脊集成基片间隙波导，其特征在于，包括上层介质板(1)、下层介质板(3)以及设置在所述上层介质板(1)和下层介质板(3)之间的间隔介质板(2)；
所述上层介质板(1)的上表面印刷有第一接地金属层(11)，所述上层介质板(1)的下表面印刷有第一微带线(12)，在所述第一微带线(12)上设有周期性排列的第一金属过孔(121)，在所述第一微带线(12)的两侧印刷有周期性排列的第一金属贴片(13)，每一所述第一金属贴片(13)上设有第二金属过孔(131)；
所述下层介质板(3)的下表面印刷有第二接地金属层(31)，所述下层介质板(3)的上表面印刷有第二微带线(32)，在所述第二微带线(32)上设有第三金属过孔(321)，在所述第二微带线(32)的两侧印刷有周期性排列的第二金属贴片(33)，每一所述第二金属贴片(33)上设有第四金属过孔(331)；
所述上层介质板(1)、间隔介质板(2)和下层介质板(3)粘合在一起或通过螺钉固定在一起。
2.根据权利要求1所述的双脊集成基片间隙波导，其特征在于，所述第一微带线(12)和第二微带线(32)的尺寸相同且上下对齐。
3.根据权利要求2所述的双脊集成基片间隙波导，其特征在于，所述第一微带线(12)和第二微带线(32)呈直线或者一次弯曲或多次弯曲的曲线，且当所述第一微带线(12)和第二微带线(32)呈曲线时，曲线的内转角和外转角要进行切角，切角为圆弧形切角或直切角。
4.根据权利要求1所述的双脊集成基片间隙波导，其特征在于，所述第一金属贴片(13)、第二金属贴片(33)的尺寸相同、排列周期相同。
5.根据权利要求1或4所述的双脊集成基片间隙波导，其特征在于，所述第一金属贴片(13)、第二金属贴片(33)为圆形或方形或三角形的贴片。
6.根据权利要求5所述的双脊集成基片间隙波导，其特征在于，所述第一金属过孔(121)和第三金属过孔(321)的尺寸相同、排列周期相同。
7.根据权利要求6所述的双脊集成基片间隙波导，其特征在于，所述第二金属过孔(131)和第四金属过孔(331)的尺寸相同、排列周期相同。
8.根据权利要求7所述的双脊集成基片间隙波导，其特征在于，所述第一金属过孔(121)的尺寸小于所述第二金属过孔(131)的尺寸。
9.根据权利要求1所述的双脊集成基片间隙波导，其特征在于，所述上层介质板(1)和下层介质板(3)均采用介电常数为3.48、损耗角正切为0.004的介质材料，所述间隔介质板(2)采用介电常数为2.2、损耗角正切为0.0009介质材料。
10.根据权利要求9所述的双脊集成基片间隙波导，其特征在于，所述上层介质板(1)、间隔介质板(2)和下层介质板(3)的长度和宽度相同。
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