CN208849053U - 一种新型基片集成槽间隙波导 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种新型基片集成槽间隙波导，该波导由两层层介质板连接而成。上层介质板的上表面印刷有金属层，金属层两端连接过渡渐变线和馈电微带线，实现波导与微带线电路的模式转换和阻抗匹配；下层介质板的上表面两侧印刷有金属圆形贴片，中间是介质槽；下表面印刷有接地金属层，下表面的两侧分别打入多排周期性金属过孔，与上表面的金属圆形贴片相连，形成人工磁导体结构。该波导在下层介质槽和其上方介质板中传输电磁波，传输模式为TE10模。本实用新型实现了介质槽传输电磁波，解决了金属槽波导的难集成、体积大等问题，并实现了与微带线电路的模式转换和阻抗匹配。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子技术领域，具体涉及一种新型基片集成槽间隙波导（SIGGW）波导。
背景技术
波导作为传输电磁波的媒介，因其高功率容量、低传输损耗等特点，在无线通信***中得到了广泛应用。随着微波集成电路的迅速发展和频谱资源的日益紧张，小型化、集成化等对微波电路提出了更高的要求，传统的矩形波导因体积大、难集成等缺点很难适应集成电路的发展，而微带线、带状线等由于其损耗大等缺点也难以胜任。
间隙波导（Gap Waveguide, GW）是一种新型波导结构，由两块平行的金属导体板制成，上层金属板作为一个理想电导体(PEC)，下层金属板上有中间的金属脊/空气槽和两侧周期性金属钉形成的人工磁导体（AMC）构成，上下层之间为空气间隙层，电磁波会沿着金属脊/空气槽进行传播。间隙波导由于其上下封闭的金属导体板使得电磁波只能在内部传播，尤其是垂直极化的空气槽间隙波导结构，其损耗仅次于传统的矩形波导。
由于全金属的结构，间隙波导很难再电路中进行集成，为了改进这一缺陷，研究人员开始考虑使用印刷电路板（PCB）技术来实现间隙波导，如微带脊间隙波导。微带脊间隙波导采用PCB技术，通过介质板上印刷微带脊和蘑菇状电磁带隙结构来实现金属脊和AMC。而基片集成间隙波导（SIGW）技术在此基础上，将空隙间隙改进为介质间隙，改进了空气间隙的不稳定因素，使得加工也更加简便，且微带脊的走线也更加灵活自由。
本实用新型一种新型基片集成槽间隙波导（SIGGW），针对全金属制的空气槽间隙波导进行基片集成，不仅加工简便，而且其传输特性可以利用电路中的参数进行控制，实现了波导工作频率的可调谐。对比SIGW结构的准TEM模式传输，该实用新型传输TE模式，更容易进行模式分析和模式转换，且减小了SIGW的微带金属脊的传导损耗。
本实用新型内容，经文献检索，未见与本实用新型相同的公开报道。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，设计出一种新型基片集成槽间隙波导。
本实用新型一种新型基片集成槽间隙波导包括：上层介质板（1），下层介质板（2），其中：
a、上层介质板（1）的上表面印刷由金属层（3），上表面金属层（3）的两端分别与印刷的过渡渐变线金属层（4、6）和馈电微带线金属层（5、7）连接，微带线金属层（5、7）作为波导的两个输入/输出端口，可以与其他微带线器件或接头相连；
b、下层介质板（2）的上表面的两侧分别印刷有多排金属圆形贴片阵列（11，12），下层介质板（2）的上表面未印刷金属圆形贴片的中间位置为介质槽（9）；下层介质板（2）的下表面印刷有接地金属层（8），两侧分别打入多排周期性金属过孔（10），金属过孔（10）与金属圆形贴片阵列（11，12）同圆心相连，形成蘑菇状电磁带隙（EBG）结构阵列；
c、上层介质板（1）和下层介质板（2）可通过粘接或螺丝固定在一起，上层介质板（1）与下层介质板（2）长度和宽度相同。
如上所述的一种新型基片集成槽间隙波导，上层介质板（1）为基片集成槽间隙波导的间隙层，其厚度小于传播波长的1/4；上层介质板（1）的过渡渐变线金属层（4、6）和馈电微带线金属层（5、7）为波导与微带线的转接结构。
如上所述的一种新型基片集成槽间隙波导，下层介质板（2）为基片集成槽间隙波导的过孔层和介质槽层；下层介质板（2）上的介质槽（9）宽度是固定，为介质传输波长的1.3倍，电磁波在介质槽中进行传输，传输模式为TE10模；改变介质槽（9）的宽度，会影响波导的传输损耗。
如上所述的一种新型基片集成槽间隙波导，下层介质板（2）的介电常数必须大于上层介质板（1）的介电常数；改变两者的介电常数，会改变波导的特性阻抗，当两者的介电常数增加时，波导的阻抗会减小，且下层介质板（2）的介电常数对阻抗的影响要大于上层介质板（1）。
如上所述的一种新型基片集成槽间隙波导，下层介质板（2）的金属过孔（10）和金属圆形贴片（11）构成电磁带隙，形成了AMC，可以抑制介质槽中的电磁波向两侧辐射；改变下层介质板（2）上金属过孔（10）的直径和高度和金属圆形贴片阵列（11，12）的直径，可以改变波导的传输频段：金属圆形贴片的直径越小，传输频段的中心频率越高，频段宽度不变；金属过孔直径越大，传输频段的中心频率越高，且传输频段变宽。改变上层介质板（1）的厚度，可以改变波导的特性阻抗，上层介质板（1）的厚度越大，波导的特性阻抗越大。
如上所述的一种新型基片集成槽间隙波导，上层介质板（1）的损耗角正切要求较高，需尽量选择损耗角正切小的介质板，但对下层介质板（2）的损耗角正切要求不高，可选择便宜的大损耗的介质板，以降低成本。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：
1、解决了传统矩形波导、间隙波导的体积大、难加工、难集成等问题；
2、具有小尺寸，低剖面，易集成，易加工；
3、结构稳定，传输性能好；
4、调节波导工作频率的方式简单，可调参数多。
附图说明
图1为本实用新型一种新型基片集成槽间隙波导的整体结构图。
图2为本实用新型一种新型基片集成槽间隙波导的上层介质板的上表面图。
图3为本实用新型一种新型基片集成槽间隙波导的上层介质板的下表面图。
图4为本实用新型一种新型基片集成槽间隙波导的下层介质板的上表面图。
图5为本实用新型一种新型基片集成槽间隙波导的下层介质板的下表面图。
图6为本实用新型一种新型基片集成槽间隙波导的S11和S21的仿真图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。
如图1-6所示，本实用新型一种新型基片集成槽间隙波导，包括：上层介质板（1），下层介质板（2），其中：
a、上层介质板（1）的上表面印刷由金属层（3），上表面金属层（3）的两端分别与印刷的过渡渐变线金属层（4、6）和馈电微带线金属层（5、7）连接，微带线金属层（5、7）作为波导的两个输入/输出端口，可以与其他微带线器件或接头相连；
b、下层介质板（2）的上表面的两侧分别印刷有多排金属圆形贴片阵列（11，12），下层介质板（2）的上表面未印刷金属圆形贴片的中间位置为介质槽（9）；下层介质板（2）的下表面印刷有接地金属层（8），两侧分别打入多排周期性金属过孔（10），金属过孔（10）与金属圆形贴片阵列（11，12）同圆心相连，形成蘑菇状电磁带隙（EBG）结构阵列；
c、上层介质板（1）和下层介质板（2）可通过粘接或螺丝固定在一起，上层介质板（1）与下层介质板（2）长度和宽度相同。
如上所述的一种新型基片集成槽间隙波导，上层介质板（1）为基片集成槽间隙波导的间隙层，其厚度小于传播波长的1/4；上层介质板（1）的过渡渐变线金属层（4、6）和馈电微带线金属层（5、7）为波导与微带线的转接结构。
如上所述的一种新型基片集成槽间隙波导，下层介质板（2）为基片集成槽间隙波导的过孔层和介质槽层；下层介质板（2）上的介质槽（9）宽度是固定，为介质传输波长的1.3倍，电磁波在介质槽中进行传输，传输模式为TE10模；改变介质槽（9）的宽度，会影响波导的传输损耗。
如上所述的一种新型基片集成槽间隙波导，下层介质板（2）的介电常数必须大于上层介质板（1）的介电常数；改变两者的介电常数，会改变波导的特性阻抗，当两者的介电常数增加时，波导的阻抗会减小，且下层介质板（2）的介电常数对阻抗的影响要大于上层介质板（1）。
如上所述的一种新型基片集成槽间隙波导，下层介质板（2）的金属过孔（10）和金属圆形贴片（11）构成电磁带隙，形成了AMC，可以抑制介质槽中的电磁波向两侧辐射；改变下层介质板（2）上金属过孔（10）的直径和高度和金属圆形贴片阵列（11，12）的直径，可以改变波导的传输频段：金属圆形贴片的直径越小，传输频段的中心频率越高，频段宽度不变；金属过孔直径越大，传输频段的中心频率越高，且传输频段变宽；改变上层介质板（1）的厚度，可以改变波导的特性阻抗，上层介质板（1）的厚度越大，波导的特性阻抗越大。
如上所述的一种新型基片集成槽间隙波导，上层介质板（1）的损耗角正切要求较高，需尽量选择损耗角正切小的介质板，但对下层介质板（2）的损耗角正切要求不高，可选择便宜的大损耗的介质板，以降低成本。
如上所述的一种新型基片集成槽间隙波导，波导的整体尺寸为35.6mm*22.05mm*1.067mm；上层介质板（1）采用介电常数为2.2、损耗角正切为0.0009的介质材料，下层介质板（2）是介电常数为3.48、损耗角正切为0.004的介质材料。
图6所示的S参数仿真结果表明，在18GHz-35GHz频段，本实用新型一种新型基片集成槽间隙波导具有S11大部分低于-20dB的阻抗特性，以及S12为-0.52dB--1.5dB的传输特性。
上面对本实用新型的较佳实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (7)
1.一种新型基片集成槽间隙波导，其特征在于，包括：上层介质板(1)，下层介质板(2)，其中：
a、上层介质板(1)的上表面印刷由金属层(3)，上表面金属层(3)的两端分别与印刷的过渡渐变线金属层(4、6)和馈电微带线金属层(5、7)连接，微带线金属层(5、7)作为波导的两个输入/输出端口，可以与其他微带线器件或接头相连；
b、下层介质板(2)的上表面的两侧分别印刷有多排金属圆形贴片阵列(11，12)，下层介质板(2)的上表面未印刷金属圆形贴片的中间位置为介质槽(9)；下层介质板(2)的下表面印刷有接地金属层(8)，两侧分别打入多排周期性金属过孔(10)，金属过孔(10)与金属圆形贴片阵列(11，12)同圆心相连，形成蘑菇状电磁带隙(EBG)结构阵列；
c、上层介质板(1)和下层介质板(2)可通过粘接或螺丝固定在一起，上层介质板(1)与下层介质板(2)长度和宽度相同。
2.根据权利要求1所述的一种新型基片集成槽间隙波导，其特征在于：上层介质板(1)为基片集成槽间隙波导的间隙层，其厚度小于传播波长的1/4；上层介质板(1)的过渡渐变线金属层(4、6)和馈电微带线金属层(5、7)为波导与微带线的转接结构。
3.根据权利要求1所述的一种新型基片集成槽间隙波导，其特征在于：下层介质板(2)为基片集成槽间隙波导的过孔层和介质槽层；下层介质板(2)上的介质槽(9)宽度是固定，为介质传输波长的1.3倍，电磁波在介质槽中进行传输，传输模式为TE10模；改变介质槽(9)的宽度，会影响波导的传输损耗。
4.根据权利要求1所述的一种新型基片集成槽间隙波导，其特征在于：下层介质板(2)的介电常数必须大于上层介质板(1)的介电常数；改变两者的介电常数，会改变波导的特性阻抗，当两者的介电常数增加时，波导的阻抗会减小，且下层介质板(2)的介电常数对阻抗的影响要大于上层介质板(1)。
5.根据权利要求1所述的一种新型基片集成槽间隙波导，其特征在于：下层介质板(2)的金属过孔(10)和金属圆形贴片(11)构成电磁带隙，形成了AMC，可以抑制介质槽中的电磁波向两侧辐射；改变下层介质板(2)上金属过孔(10)的直径和高度和金属圆形贴片阵列(11，12)的直径，可以改变波导的传输频段：金属圆形贴片的直径越小，传输频段的中心频率越高，频段宽度不变；金属过孔直径越大，传输频段的中心频率越高，且传输频段变宽；改变上层介质板(1)的厚度，可以改变波导的特性阻抗，上层介质板(1)的厚度越大，波导的特性阻抗越大。
6.根据权利要求1所述的一种新型基片集成槽间隙波导，其特征在于：上层介质板(1)的损耗角正切要求较高，需尽量选择损耗角正切小的介质板，但对下层介质板(2)的损耗角正切要求不高，可选择便宜的大损耗的介质板，以降低成本。
7.根据权利要求1所述的一种新型基片集成槽间隙波导，其特征在于：波导的整体尺寸为35.6mm*22.05mm*1.067mm；上层介质板(1)采用介电常数为2.2、损耗角正切为0.0009的介质材料，下层介质板(2)是介电常数为3.48、损耗角正切为0.004的介质材料。
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|---|---|
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN109216845A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-01-15 | 云南大学 | 一种基片集成槽间隙波导结构 |
| CN110364799A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-10-22 | 云南大学 | 双脊集成基片间隙波导 |
| CN112259944A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-01-22 | 北京邮电大学 | 一种宽带传输线和传输*** |
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2018
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