一種共面波導(dǎo)到基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種共面波導(dǎo)到基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換電路。本發(fā)明包含一層共面波導(dǎo)和一層基于印刷電路板的基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)構(gòu)成的兩層電路結(jié)構(gòu)；第一層共面波導(dǎo)層包括兩個(gè)在同一塊介質(zhì)基板上的共面波導(dǎo)，在非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的金屬板上分別開一矩形狹槽，將第一層中一個(gè)共面波導(dǎo)中傳輸?shù)碾姶艌?chǎng)能量耦合到第二層基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)中；再由第二層基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)中傳輸?shù)碾姶艌?chǎng)能量耦合到第一層中的另一個(gè)共面波導(dǎo)中；其中，基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)通過空氣通孔實(shí)現(xiàn)，空氣通孔的尺寸和間距由工作頻段決定。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)平面結(jié)構(gòu)到非平面結(jié)構(gòu)的過渡，有利于毫米波頻段電路的設(shè)計(jì)和集成；制作工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。
【專利說明】一種共面波導(dǎo)到基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微波【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種共面波導(dǎo)到基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，頻譜資源日益緊缺，使得微波電路的研究和應(yīng)用朝毫米波和更高頻段拓展。而非輻射介質(zhì)波導(dǎo)在結(jié)構(gòu)彎曲和不連續(xù)處有著較小的輻射和泄露損耗，這一特性使其成為毫米波頻段電路設(shè)計(jì)中的重要元件。可是，傳統(tǒng)的非輻射介質(zhì)波導(dǎo)在應(yīng)用到毫米波電路設(shè)計(jì)時(shí)存在下述兩個(gè)問題:1、傳統(tǒng)非輻射介質(zhì)波導(dǎo)在制作工藝上步驟繁雜，需要將上下兩塊金屬板分別粘貼到介質(zhì)條兩側(cè)；而且非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的介質(zhì)條高度為0.15 λ -0.5 λ，導(dǎo)致頻率增加到一定水平后，工藝精度難以滿足傳統(tǒng)非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的制作；2、平面電路結(jié)構(gòu)在毫米波電路設(shè)計(jì)中同樣有著重要的作用，而非輻射介質(zhì)波導(dǎo)作為一種非平面電路結(jié)構(gòu)，需要設(shè)計(jì)一種轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)其到平面電路的轉(zhuǎn)換。為了十分方便地使用非輻射介質(zhì)波導(dǎo)，設(shè)計(jì)混合集成平面與非平面電路，必須提出一種易于加工制作的非輻射介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并在此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，提出一種轉(zhuǎn)換電路，順利實(shí)現(xiàn)平面和非平面電路的過渡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種共面波導(dǎo)到基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換電路。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種共面波導(dǎo)到基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換電路，包括第一金屬條帶、第二金屬條帶、第一介質(zhì)基板與第一接地板和印刷電路板；
所述印刷電路板包括第一金屬面、第二介質(zhì)基板和第二金屬面；
所述第一金屬條帶、第二金屬條帶、第一接地板和第一介質(zhì)基板的一面相貼合；所述第一金屬面的一面和第一介質(zhì)基板的另一面相貼合；所述第一金屬面的另一面與第二介質(zhì)基板的一面相貼合；所述第二金屬面與第二介質(zhì)基板的另一面相貼合；
所述第一金屬條帶的窄邊與第一介質(zhì)基板的長(zhǎng)邊對(duì)齊；所述第一金屬面上設(shè)置第一矩形孔，所述第一矩形孔沿第一金屬面長(zhǎng)邊方向的對(duì)折線上設(shè)置，并在空間上和第一金屬條帶垂直；
所述第二金屬條帶的窄邊與第一介質(zhì)基板的長(zhǎng)邊對(duì)齊；所述第一金屬面上設(shè)置第二矩形孔，所述第二矩形孔沿第一金屬面長(zhǎng)邊方向的對(duì)折線上設(shè)置，并在空間上和第一金屬條帶垂直；
所述印刷電路板上，沿印刷電路板長(zhǎng)邊方向?qū)φ劬€上，距離對(duì)折線W范圍內(nèi)不設(shè)置通氣孔，即印刷電路板中部未打孔區(qū)域的寬度為2W ；
所述印刷電路板上，沿印刷電路板窄邊方向?qū)φ劬€上，距離對(duì)折線L范圍內(nèi)不設(shè)置通氣孔，即印刷電路板中部未打孔區(qū)域的長(zhǎng)度為2L ；
所述印刷電路板中部未打孔區(qū)域的寬度2W為0.05 λ到1.5 λ，長(zhǎng)度2L大于I λ ; λ為電磁波波長(zhǎng)。
[0005]所述印刷電路板中通氣孔的半徑為0.02mm到5mm，通氣孔的孔心間距為0.02mm到IOmm0
[0006]所述第一矩形孔和第二矩形孔的尺寸相同，第一矩形孔和第二矩形孔的長(zhǎng)度是
0.1 λ到λ ;第一矩形孔和第二矩形孔的寬度是0.1mm到3mm。
[0007]所述印刷電路板的厚度為0.15 λ -0.5 λ。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提出了一種共面波導(dǎo)到基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換電路。所述電路采用兩個(gè)共面波導(dǎo)和一個(gè)基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的雙轉(zhuǎn)換兩層電路結(jié)構(gòu)；所述兩個(gè)共面波導(dǎo)分別制作在一塊介質(zhì)基板上，所述基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)是直接在印刷電路板上打孔實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明簡(jiǎn)化了非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的制作工藝，有效抑制基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)在空氣通孔處的泄露損耗，較好的實(shí)現(xiàn)了毫米波頻段平面和非平面電路的混合集成；同時(shí)，該轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)也可以變成三層轉(zhuǎn)換電路，將其中一個(gè)共面波導(dǎo)放置在印刷電路板的另一側(cè)，為隔離兩個(gè)共面波導(dǎo)，抑制兩層平面電路間的耦合和干擾提供了方案；另外采用三層電路結(jié)構(gòu)，也可以充分利用空間，緊湊集成平面和非平面系統(tǒng)，有效的減小了電路體積；同時(shí)該電路制作工藝簡(jiǎn)單、靈活，為毫米波段混合集成平面和非平面電路的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)分層示意圖。
[0010]圖2是轉(zhuǎn)換電路中共面波導(dǎo)層的俯視圖。
[0011]圖3是轉(zhuǎn)換電路中基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的俯視圖。
[0012]圖4轉(zhuǎn)換電路的仿真性能圖；其中:圖4a為使用基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)時(shí)轉(zhuǎn)換電路的仿真性能圖；圖4b為使用傳統(tǒng)非輻射介質(zhì)波導(dǎo)時(shí)轉(zhuǎn)換電路的仿真性能圖。
[0013]附圖標(biāo)記說明:I是第一金屬條帶，2是第二金屬條帶，3是第一接地板，4是第一介質(zhì)基板，5是第一矩形孔，6是第二矩形孔，7是第一金屬面，8是第二介質(zhì)基板，9是第二金屬面，10是空氣孔。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明提出的一種共面波導(dǎo)到基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行詳細(xì)說明:
如圖1所示，轉(zhuǎn)換電路的整體結(jié)構(gòu)包括第一金屬條帶I，第二金屬條帶2，第一接地板3，第一介質(zhì)基板4,第一金屬面7,第二介質(zhì)基板8,第二金屬面9 ;其中第一金屬面7上開第一矩形孔5和第二矩形孔6，由第一金屬面7，第二介質(zhì)基板8，第二金屬面9組成印刷電路板，印刷電路板上設(shè)置空氣孔10。
[0015]而從電路功能上，轉(zhuǎn)換電路是第一共面波導(dǎo)、基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)與第二共面波導(dǎo)的雙轉(zhuǎn)換兩層電路結(jié)構(gòu)。所述第一共面波導(dǎo)和第二共面波導(dǎo)層由第一金屬條帶I，第二金屬條帶2，第一接地板3，第一介質(zhì)基板4構(gòu)成。如圖2所示，第一金屬條帶1、第二金屬條帶2和第一接地板3放置在第一介質(zhì)基板4上；如圖1和圖3所示，第一金屬面7沿長(zhǎng)邊方向?qū)φ劬€上開第一矩形孔5和第二矩形孔6，并放置在第一介質(zhì)基板4的下面。所述基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)由第一金屬面7，第二介質(zhì)基板8，第二金屬面9和通氣孔10構(gòu)成，如圖3所示印刷電路板中部留出一段寬為2W，長(zhǎng)為2L的未打孔區(qū)域，2W為0.05 λ -1.5 λ，2L大于1λ，λ為電磁波波長(zhǎng)；在該區(qū)域左右四周，對(duì)稱打滿空氣通孔。第一共面波導(dǎo)和基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)之間的轉(zhuǎn)換由開在第一金屬面7上的第一矩形孔5實(shí)現(xiàn)；基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)和第二共面波導(dǎo)之間的轉(zhuǎn)換由開在第一金屬面7上的第二矩形孔6實(shí)現(xiàn)。
[0016]如圖4所示，圖4a給出了介質(zhì)基板厚為0.508 mm、相對(duì)介電常數(shù)為2.2 ;印刷電路板厚度為3.175mm、相對(duì)介電常數(shù)為6.15 ;矩形孔為4.8X0.5 mm2時(shí)，利用HFSS軟件仿真的轉(zhuǎn)換電路的工作帶寬(工作頻率25GHz)，其中反射系數(shù)說明了該轉(zhuǎn)換電路工作時(shí)能量反射回去的損耗水平，傳輸系數(shù)說明了該轉(zhuǎn)換電路工作時(shí)能量傳輸?shù)膿p耗水平。作為對(duì)比，圖4b給出了采用同樣材料設(shè)計(jì)、具有同樣工作頻段的使用傳統(tǒng)非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的兩層轉(zhuǎn)換電路的工作帶寬。根據(jù)對(duì)比可見，使用基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換電路可以達(dá)到使用傳統(tǒng)非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的效果，表明基于印刷電路板的基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)能夠應(yīng)用在毫米波段的電路設(shè)計(jì)中；進(jìn)一步，本發(fā)明提出的共面波導(dǎo)到基片集成波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換電路，可以有效實(shí)現(xiàn)平面和非平面電路的混合集成。
[0017]共面波導(dǎo)到基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換電路充分利用空間，緊湊集成平面和非平面系統(tǒng)，有效減小電路體積。同時(shí)可以靈活的設(shè)計(jì)為三層轉(zhuǎn)換電路，有效抑制基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)在空氣通孔處的泄露損耗，隔離平面電路，降低平面電路間的耦合和干擾。因此，本發(fā)明為毫米波頻段混合集成平面和非平面電路的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
【權(quán)利要求】
1.一種共面波導(dǎo)到基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，包括第一金屬條帶、第二金屬條帶、第一介質(zhì)基板、第一接地板和印刷電路板； 所述印刷電路板包括第一金屬面、第二介質(zhì)基板和第二金屬面； 所述第一金屬條帶、第二金屬條帶、第一接地板和第一介質(zhì)基板的一面相貼合；所述第一金屬面的一面和第一介質(zhì)基板的另一面相貼合；所述第一金屬面的另一面與第二介質(zhì)基板的一面相貼合；所述第二金屬面和第二介質(zhì)基板的另一面相貼合； 所述第一金屬條帶的窄邊與第一介質(zhì)基板的長(zhǎng)邊對(duì)齊；所述第一金屬面上設(shè)置第一矩形孔，所述第一矩形孔沿第一金屬面長(zhǎng)邊方向的對(duì)折線上設(shè)置，并在空間上和第一金屬條帶垂直； 所述第二金屬條帶的窄邊與第一介質(zhì)基板的長(zhǎng)邊對(duì)齊；所述第一金屬面上設(shè)置第二矩形孔，所述第二矩形孔沿第一金屬面長(zhǎng)邊方向的對(duì)折線上設(shè)置，并在空間上和第一金屬條帶垂直； 所述印刷電路板上，沿印刷電路板長(zhǎng)邊方向?qū)φ劬€上，距離對(duì)折線W范圍內(nèi)不設(shè)置通氣孔，即印刷電路板中部未打孔區(qū)域的寬度為2W ;W為實(shí)數(shù)； 所述印刷電路板上，沿印刷電路板窄邊方向?qū)φ劬€上，距離對(duì)折線L范圍內(nèi)不設(shè)置通氣孔，即印刷電路板中部未打孔區(qū)域的長(zhǎng)度為2L，L為實(shí)數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種共面波導(dǎo)到基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述印刷電路板中部未打孔區(qū)域的寬度2W為0.05 λ到1.5 λ ;長(zhǎng)度21^大于1入；λ為電磁波波長(zhǎng)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種共面波導(dǎo)到基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述印刷電路板中通氣孔的半徑為0.02mm到5mm,通氣孔的孔心間距為0.02mm到IOmm0
4.如權(quán)利要求1所述的一種共面波導(dǎo)到基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述第一矩形孔和第二矩形孔的尺寸相同，第一矩形孔和第二矩形孔的長(zhǎng)度是0.1 λ到λ ;第一矩形孔和第二矩形孔的寬度是0.1mm到3mm; λ為電磁波波長(zhǎng)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種共面波導(dǎo)到基片集成非輻射介質(zhì)波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述印刷電路板的厚度為0.15 λ-0.5 λ ； λ為電磁波波長(zhǎng)。
【文檔編號(hào)】H01P5/08GK103943927SQ201410152096
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】許鋒, 李帆 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)