本發(fā)明涉及電磁帶隙封裝屏蔽盒
技術領域：
，更具體地說，特別涉及一種寬阻帶電磁帶隙封裝屏蔽盒。
背景技術：
：近幾年來，隨著微波集成電路生產(chǎn)工藝的不斷進步，許多復雜的微波、毫米波電路模塊組件被開發(fā)出來，以適應國防軍事和空間探測的需求。近年來，大量新興民用技術的出現(xiàn)也進一步促進了微波、毫米波電路的發(fā)展。由于多數(shù)微波、毫米波電路模塊處于戶外工作環(huán)境，容易受到惡劣自然環(huán)境的影響，所以一般情況下，需要對其進行封裝；并且，封裝還可以屏蔽內部的電路模塊與外界環(huán)境之間的電磁干擾。一般的封裝方法是將電路模塊直接固定在金屬屏蔽盒中，在金屬屏蔽盒內部利用金屬壁劃分幾個獨立的隔離區(qū)域，即構成幾個小型金屬腔，并在這些小型金屬腔區(qū)域的屏蔽盒蓋下表面貼附吸波材料以抑制高Q值的腔體諧振模式。除此以外，在一些場強過大的區(qū)域，還需要額外地加載短路過孔，以抑制通過襯底泄漏的電磁能量。但這種封裝方法通常需要根據(jù)實際的電路模塊進行區(qū)域劃分，而且對每個區(qū)域中吸波材料的位置和厚度要進行多次調試，導致產(chǎn)品研發(fā)周期加長、成本提高。有時候，即使使用了吸波材料也不能達到十分理想的隔離效果，而且還會在高頻引入較大的額外損耗。電磁帶隙(ElectromagneticBandgap，EBG)結構是從光子帶隙(PhotonicBandgap，PBG)演變而來的，主要應用于微波、毫米波頻段。其主要特點是具有阻帶特性，即在特定頻率范圍內不支持電磁波的傳播，因而被廣泛應用于電源地噪聲抑制、共模抑制、天線陣單元之間的表面波抑制，以及基于EBG的新興封裝技術等方面。現(xiàn)有技術EBG封裝技術，是在厚的金屬屏蔽盒蓋上挖出空氣洞陣列，構成EBG結構，用來抑制封裝屏蔽盒內的腔體噪聲，但該結構的阻帶帶寬還有待提高。另一現(xiàn)有技術在縫隙波導概念的基礎上提出了縫隙波導封裝技術，該技術利用理想電壁和理想磁壁之間不支持電磁波傳播的原理，通過在常規(guī)封裝屏蔽盒蓋的下表面周期性地加載四分之一波長的金屬柱，將其等效為理想磁壁，從而達到抑制封裝屏蔽盒腔體噪聲的目的，本質上也是一種EBG封裝技術。然而，該結構在低頻噪聲抑制時需要加載長度較長的金屬柱(約為四分之一導波波長)，導致封裝的體積較大，不利于實際工程應用。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種寬阻帶電磁帶隙封裝屏蔽盒，該封裝屏蔽盒具有小型化(0.216λ0×0.216λ0×0.187λ0)和寬阻帶(相對帶寬91.3％)的特性。一種寬阻帶電磁帶隙封裝屏蔽盒，由倒置蘑菇型EBG結構周期單元構成。倒置蘑菇型EBG結構周期單元由垂直金屬柱和正方形金屬板構成。該倒置蘑菇型結構與屏蔽金屬盒蓋的下表面相連接，在倒置蘑菇型結構下方放置測試用的微波電路，襯底采用相對介電常數(shù)為4.4、損耗角正切為0.02的樹脂材料(代號為FR4)，襯底厚度hs＝0.5mm。相關幾何結構參數(shù)為d、w1、w、s、t、p，其中d為垂直金屬柱的高度，w1為垂直金屬柱方形截面的寬度，w和s分別為正方形金屬板的厚度和邊長，t為正方形金屬板下表面與襯底之間的間距，p為倒置蘑菇型EBG結構周期單元的長度。如圖1所示。本發(fā)明以(d，w1，w，s，t，p)＝(4mm,1.5mm,1mm,6mm,1mm,7.5mm)為例，給出了商用仿真軟件CST(ComputerSimulationTechnology)計算得到的倒置蘑菇型EBG結構的色散圖，如圖2所示，其中模式1和模式2分別為周期單元的第一個本征模和第二個本征模。為了便于比較，圖2還給出了具有相同幾何結構尺寸的金屬柱型EBG結構的仿真色散圖。圖中，Γ-M-X-Γ所表示的三角形區(qū)域是上述兩個EBG結構周期單元的簡約布里淵區(qū)。結果顯示，相比于金屬柱型EBG結構，倒置蘑菇型EBG結構的阻帶往低頻處移動，阻帶的相對帶寬提高至91.3％(金屬柱型EBG結構的相對帶寬為55.7％)；倒置蘑菇型EBG結構周期單元的電尺寸為0.216λ0×0.216λ0×0.187λ0，相比于金屬柱型EBG結構(0.38λ0×0.38λ0×0.32λ0)，倒置蘑菇型EBG結構周期單元的電尺寸縮小了81％。倒置蘑菇型EBG結構周期單元模式1的電場和電流分布，如圖4所示。根據(jù)倒置蘑菇型EBG結構周期單元的電場和電流分布，構建了如圖5所示的等效電路模型。從圖3(a)可以看出，電場主要分布在倒置蘑菇型EBG結構周期單元的底部和正方形金屬板的四周，對應于圖5等效電路模型中的電容Ct和Cg；從圖3(b)可以看出，電流主要分布在倒置蘑菇型EBG結構周期單元內的金屬板、金屬柱以及和與它相連的屏蔽盒蓋上，對應于圖4等效電路模型中的電感Lh、Lv和Lt。除此以外，倒置蘑菇型EBG周期單元四周邊緣較短的平行平板可以用圖5中的理想傳輸線來等效。圖4中，傳輸線模型的特性阻抗Z0和相位常數(shù)β為：式中，η0為自由空間中的波阻抗(377Ω)；c為光在真空中的傳波速度；ω為角頻率，εeff為有效介電常數(shù)，且有：等效電路模型中其它電感電容值可以通過AnsoftQ3D軟件進行提取，各個元件的提取值如表1所示。表1圖5等效電路模型各參數(shù)值Z01/Ωθ/radLt/nHLV/nHCg/pFLh/nHCt/pF3174.360.411.080.0680.420.58根據(jù)x和y方向上的電壓、電流所滿足的周期邊界條件，可以得到：AX＝0(4)式中，A為系數(shù)矩陣；X為圖4等效電路中端口1、3、5、7的電壓與電流分量。且有：X＝[V1V3V5V7I1I3I5I7]T(6)式中，Zi,j為圖5等效電路中第i個端口和第j個端口間的阻抗矩陣，i＝1,2,3,…8，j＝1,2,3,…8；βx、βy和Px、Py分別代表倒置蘑菇型EBG結構周期單元在x和y方向上的傳播常數(shù)和周期；Vi和Ii是端口電壓和電流。不同頻率處的阻抗矩陣和傳播常數(shù)可以通過商業(yè)仿真軟件ADS計算得到。要得到式(4)的有效解，必須令其系數(shù)矩陣A的行列式為零，即：det(A)＝0。(7)將上述不同頻率的阻抗矩陣和傳播常數(shù)代入式(7)，即可得到色散關系，如圖5所示。對比等效電路計算結果和CST仿真結果，兩者吻合較好，它們之間的誤差主要是由于圖4所示的等效電路模型沒有考慮電感、電容之間的相互耦合造成的。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用倒置蘑菇型EBG結構周期單元，在保證阻帶帶寬沒有明顯惡化的情況下，縮小了周期單元的電尺寸。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)明所述倒置蘑菇型EBG結構的周期單元。圖2是本發(fā)明所述倒置蘑菇型EBG結構的CST仿真色散圖。圖3是本發(fā)明所述倒置蘑菇型EBG結構周期單元的電場和電流分布。圖3(a)為電場分布，圖3(b)為電流分布。圖4是本發(fā)明所述倒置蘑菇型EBG結構周期單元等效電路建模。圖5是本發(fā)明所述倒置蘑菇型色散圖對比。圖6是本發(fā)明所述寬阻帶電磁帶隙封裝屏蔽盒實物圖及倒置蘑菇型EBG結構的周期單元放大圖。具體實施方式下面結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。本發(fā)明的工作原理為：采用倒置蘑菇型EBG結構周期單元，在保證阻帶帶寬沒有明顯惡化的情況下，縮小了周期單元的電尺寸。一種寬阻帶電磁帶隙封裝屏蔽盒，由倒置蘑菇型EBG結構周期單元構成，倒置蘑菇型結構與屏蔽金屬盒蓋的下表面相連接，在倒置蘑菇型結構下方放置測試用的微波電路，襯底采用相對介電常數(shù)為4.4、損耗角正切為0.02的樹脂材料(代號為FR4)，襯底厚度hs＝0.5mm；相關幾何結構參數(shù)為d、w1、w、s、t、p，其中d為垂直金屬柱的高度，w1為垂直金屬柱方形截面的寬度，w和s分別為正方形金屬板的厚度和邊長，t為正方形金屬板下表面與襯底之間的間距，p為倒置蘑菇型EBG結構周期單元的長度，則(d，w1，w，s，t，p)＝(4mm,1.5mm,1mm,6mm,1mm,7.5mm)。該屏蔽盒包含有10×10個周期單元，如圖6所示。加工步驟為：以光敏樹脂為原料，使用3D打印機打印出封裝屏蔽盒蓋模型，再通過真空電鍍使其表面金屬化。雖然結合附圖描述了本發(fā)明的實施方式，但是專利所有者可以在所附權利要求的范圍之內做出各種變形或修改，只要不超過本發(fā)明的權利要求所描述的保護范圍，都應當在本發(fā)明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3