本發(fā)明涉及電磁帶隙封裝屏蔽盒
技術(shù)領(lǐng)域：
，更具體地說，特別涉及一種新型寬阻帶電磁帶隙封裝屏蔽盒。
背景技術(shù)：
：近幾年來，隨著微波集成電路生產(chǎn)工藝的不斷進(jìn)步，許多復(fù)雜的微波、毫米波電路模塊組件被開發(fā)出來，以適應(yīng)國防軍事和空間探測的需求。近年來，大量新興民用技術(shù)的出現(xiàn)也進(jìn)一步促進(jìn)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(jìn)行封裝；并且，封裝還可以屏蔽內(nèi)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(nèi)部利用金屬壁劃分幾個獨立的隔離區(qū)域，即構(gòu)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(qiáng)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(jìn)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(jìn)行多次調(diào)試，導(dǎo)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(dá)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(jié)構(gòu)是從光子帶隙(PhotonicBandgap，PBG)演變而來的，主要應(yīng)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(nèi)不支持電磁波的傳播，因而被廣泛應(yīng)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(shù)等方面。現(xiàn)有技術(shù)EBG封裝技術(shù)，是在厚的金屬屏蔽盒蓋上挖出空氣洞陣列，構(gòu)成EBG結(jié)構(gòu)，用來抑制封裝屏蔽盒內(nèi)的腔體噪聲，但該結(jié)構(gòu)的阻帶帶寬還有待提高。另一現(xiàn)有技術(shù)在縫隙波導(dǎo)概念的基礎(chǔ)上提出了縫隙波導(dǎo)封裝技術(shù)，該技術(shù)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(dá)到抑制封裝屏蔽盒腔體噪聲的目的，本質(zhì)上也是一種EBG封裝技術(shù)。然而，該結(jié)構(gòu)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(dǎo)波波長)，導(dǎo)致封裝的體積較大，不利于實際工程應(yīng)用。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種新型寬阻帶電磁帶隙封裝屏蔽盒，該封裝屏蔽盒具有小型化(0.184λ0×0.184λ0×0.159λ0)和寬阻帶(相對帶寬85.7％)的特性。一種新型寬阻帶電磁帶隙封裝屏蔽盒，由倒置雨傘型EBG結(jié)構(gòu)周期單元構(gòu)成。倒置雨傘型EBG結(jié)構(gòu)周期單元由垂直金屬柱和正方形金屬板構(gòu)成。正方形金屬板四周彎曲以達(dá)到增加電容Cg的目的，從而降低截止頻率。四周彎曲后的EBG也稱之為倒置雨傘型EBG結(jié)構(gòu)。該倒置雨傘型結(jié)構(gòu)與屏蔽金屬盒蓋的下表面相連接，在倒置雨傘型結(jié)構(gòu)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(guān)幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)為d、w1、w、s、t、p、h、d'，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為倒置雨傘型EBG結(jié)構(gòu)周期單元的長度,h是彎曲壁的高度，d'為彎曲壁的厚度。如圖1所示。本發(fā)明以(d，w1，w，s，t，p，h，d')＝(4mm,1.5mm,1mm,6mm,1mm,7.5mm，2mm，0.5mm)為例，給出了商用仿真軟件CST(ComputerSimulationTechnology)計算得到的倒置雨傘型EBG結(jié)構(gòu)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。圖中，Γ-M-X-Γ所表示的三角形區(qū)域是上述兩個EBG結(jié)構(gòu)周期單元的簡約布里淵區(qū)。結(jié)果顯示，相比于具有相同幾何結(jié)構(gòu)尺寸的金屬柱型EBG結(jié)構(gòu)，倒置雨傘型EBG結(jié)構(gòu)的阻帶往低頻處移動，倒置雨傘型EBG的阻帶頻率范圍為4.2～10.5GHz，阻帶的相對帶寬提高至85.7％(金屬柱型EBG結(jié)構(gòu)的相對帶寬為55.7％)；倒置雨傘型EBG結(jié)構(gòu)周期單元的電尺寸為0.184λ0×0.184λ0×0.159λ0，相比于金屬柱型EBG結(jié)構(gòu)(0.38λ0×0.38λ0×0.32λ0)，倒置雨傘型EBG結(jié)構(gòu)周期單元的電尺寸縮小了88.3％。倒置雨傘型EBG結(jié)構(gòu)周期單元模式1的電場和電流分布，如圖4所示。根據(jù)倒置雨傘型EBG結(jié)構(gòu)周期單元的電場和電流分布，構(gòu)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雨傘型EBG結(jié)構(gòu)周期單元的底部和正方形金屬板的四周，對應(yīng)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雨傘型EBG結(jié)構(gòu)周期單元內(nèi)的金屬板、金屬柱以及和與它相連的屏蔽盒蓋上，對應(yīng)于圖4等效電路模型中的電感Lh、Lv和Lt。除此以外，倒置雨傘型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(jìn)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分別代表倒置雨傘型EBG結(jié)構(gòu)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(guān)系，如圖5所示。對比等效電路計算結(jié)果和CST仿真結(jié)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(shù)相比，本發(fā)明采用倒置雨傘型EBG結(jié)構(gòu)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(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)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(lǐng)域普通技術(shù)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)明所述倒置雨傘型EBG結(jié)構(gòu)的周期單元。圖2是本發(fā)明所述倒置雨傘型EBG結(jié)構(gòu)的CST仿真色散圖。圖3是本發(fā)明所述倒置雨傘型EBG結(jié)構(gòu)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)明所述倒置雨傘型EBG結(jié)構(gòu)周期單元等效電路建模。圖5是本發(fā)明所述倒置雨傘型色散圖對比。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雨傘型EBG結(jié)構(gòu)的周期單元放大圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。本發(fā)明的工作原理為：采用倒置雨傘型EBG結(jié)構(gòu)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。一種新型寬阻帶電磁帶隙封裝屏蔽盒，由倒置雨傘型EBG結(jié)構(gòu)周期單元構(gòu)成，倒置雨傘型結(jié)構(gòu)與屏蔽金屬盒蓋的下表面相連接，在倒置雨傘型結(jié)構(gòu)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)。如圖1所示，襯底厚度hs＝0.5mm；相關(guān)幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)為d、w1、w、s、t、p、h、d'，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為倒置雨傘型EBG結(jié)構(gòu)周期單元的長度,h是彎曲壁的高度，d'為彎曲壁的厚度，則(d，w1，w，s，t，p，h，d')＝(4mm,1.5mm,1mm,6mm,1mm,7.5mm，2mm，0.5mm)。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(jī)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(jié)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(quán)利要求的范圍之內(nèi)做出各種變形或修改，只要不超過本發(fā)明的權(quán)利要求所描述的保護(hù)范圍，都應(yīng)當(dāng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3