基片集成非輻射介質波導漏波天線的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基片集成非輻射介質波導漏波天線，是一種由共面波導和三層基片集成非輻射介質波導構成的三層電路結構，其中基片集成非輻射介質波導是通過在印刷電路板上設計一系列空氣通孔實現的，共面波導集成在電路的中間層，將共面波導通過三角形漸變結構接入基片集成非輻射介質波導，同時調整三角形漸變結構來實現阻抗匹配；在與共面波導同一端的底層介質板上開了一個矩形槽，在穩定電路的同時避免了對共面波導性能的干擾。本發明能順利實現由共面波導接入基片集成非輻射介質波導，激勵起輻射性能更優良的高階模，從而形成了周期性漏波天線，同時實現了微波毫米波混合多層電路的集成，有利于毫米波頻段電路的設計，制作工藝簡單，成本低廉。
【專利說明】
基片集成非輻射介質波導漏波天線
技術領域
[0001]本發明涉及一種基片集成非輻射介質波導漏波天線，特別涉及一種共面波導激勵的基片集成非輻射介質波導周期性漏波天線，屬于微波技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著毫米波頻段電路的研究和發展，較低的傳輸損耗、易與平面電路結構集成的波導結構是備受青睞的，非輻射介質波導特有的在高頻段的低金屬損耗特性以及在彎曲和不連續處的無輻射特性使其成為極具發展前景的毫米波元器件。
[0003]非輻射介質波導在應用到毫米波電路設計時存在精準度和結構穩定性問題，同時隨著頻率的升高，非輻射介質波導的尺寸會減小，即影響非輻射介質波導和傳統平面電路的混合集成，基片集成非輻射介質波導是將基片集成技術應用到傳統非輻射介質波導而實現的平面化非輻射介質波導結構，它克服了非輻射介質波導結構上的缺陷，實現了傳統非輻射介質波導的平面化，進一步在印刷電路板或金屬涂層的介質板上直接實現非輻射介質波導結構被提出，選擇合適的通孔位置和通孔大小盡可能減少切斷表面電流從而減少輻射損耗，在此結構基礎上，設計過渡電路實現微波毫米波混合多層電路，設計疏松型陣列式空氣通孔實現周期性漏波天線。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種基片集成非輻射介質波導漏波天線，是一種共面波導激勵的基片集成非輻射介質波導周期性漏波天線，是用共面波導集成到基片集成非輻射介質波導，形成了一個三層的微波毫米波電路結構，通過非輻射介質波導通孔的設計實現漏波天線。
[0005]本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案:
本發明提供一種基片集成非輻射介質波導漏波天線，包括頂層介質板、中間層介質板、底層介質板、頂層金屬層、底層金屬層，頂層介質板、中間層介質板和底層介質板同軸堆疊放置;頂層介質板的長度小于中間層介質板和底層介質板、寬度等于中間層介質板和底層介質板。
[0006]頂層金屬層設置在頂層介質板的上表面，底層金屬層設置在底層介質板的下表面，底層金屬層與頂層金屬層在底層介質板的下表面的投影重合。
[0007]中間層介質板與頂層介質板的未重疊區域，中間層介質板的上表面，從中間介質板的一個短邊開始向內設置一個共面波導，其中，共面波導的中心導帶沿中間介質板的長邊方向對折線延伸設置，共面波導兩側的金屬接地板中靠近中間層介質板短邊方向對折線的邊沿與頂層金屬層在中間層介質板上的投影的邊沿重合。
[0008]在頂層介質板、中間層介質板、底層介質板的重疊區域，沿長邊方向對折線預留一條介質條帶，在介質條帶的兩側對稱設置陣列式空氣通孔，從而構成基片集成非輻射介質波導；其中，靠近共面波導的空氣通孔之間的間距小于遠離共面波導的空氣通孔之間的間距。
[0009]中間層介質板的上表面，在共面波導靠近基片集成非輻射介質波導的一端，從共面波導的中心導帶的一端向內沿介質條帶設置第一三角形漸變結構，從共面波導兩側的金屬接地板靠近中心導帶的一側向內沿介質條帶分別設置第二、第三三角形漸變結構，以將共面波導接入基片集成非輻射介質波導；其中，第一三角形漸變結構關于長邊方向對折線對稱，第二、第三三角形漸變結構關于長邊方向對折線對稱。
[0010]底層介質板下表面，從底層金屬層靠近共面波導的短邊的開始，向內沿介質條帶開兩個梯形槽，以與中間層介質板上的第一至第三三角形漸變結構相匹配;其中，兩個梯形槽關于長邊方向對折線對稱。
[0011]作為本發明的進一步優化方案，陣列式空氣通孔的尺寸和空氣通孔之間的間距根據電路的工作頻率確定。
[0012]作為本發明的進一步優化方案，陣列式空氣通孔的尺寸和空氣通孔之間的間距根據電路的工作頻率確定。
[0013]作為本發明的進一步優化方案，第一至第三三角形漸變結構位于基片集成非輻射介質波導預留的介質條帶區域內。
[0014]作為本發明的進一步優化方案，從底層介質板靠近共面波導的短邊開始向內開矩形槽，以穩定電路;其中，矩形槽關于長邊方向對折線對稱。
[0015]作為本發明的進一步優化方案，沿長邊方向對折線，上述矩形槽的長度與共面波導的長度相等。
[0016]本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果:本發明簡化了非輻射介質波導的制作工藝，有效抑制基片集成非輻射介質波導在密集型陣列式空氣通孔處的泄露損耗，加強了基片集成非輻射波導在疏松型陣列式空氣通孔處的泄露損耗;多層電路的集成實現了電路的平面化，簡化了制作工藝的同時還減小了相應的加工成本；同時，本發明采用三層電路結構，充分利用空間，并且將共面波導從基片集成非輻射介質波導的中間接入，三角形漸變結構可以實現較好的過渡性能。同時制作工藝靈活簡單，可以實現共面波導接入到基片集成非輻射介質波導三層電路，形成周期性的漏波天線，為微波毫米波段混合集成多層電路其他類型天線的設計提供依據。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明的三維結構圖。
[0018]圖2是本發明的俯視圖和側視圖，其中，(a)是俯視圖，(b)是側視圖。
[0019]其中，卜金屬接地板;2-中心導帶；3-中心導帶與金屬接地板之間的間隙；4-三角形漸變結構;5-梯形槽;6-周期性間距Dl; 7-周期性間距D2; 8-矩形槽;9-頂層介質板；10-中間層介質板;11-底層介質板。
[0020]圖3是頂層介質板的俯視圖。
[0021]圖4是中間層介質板的俯視圖。
[0022]圖5是中間層介質板的仰視圖。
[0023]圖6是底層介質板的仰視圖。
[0024]圖7是本發明實施例的仿真S參數圖。
[0025]圖8是本發明實施例的仿真方向圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明:
本發明提供一種基片集成非輻射介質波導漏波天線，是一種由共面波導接入到三層基片集成非輻射介質波導構成的三層電路結構實現周期性漏波天線，如圖1至6所示，其中，共面波導和基片集成非輻射介質波導集成在同一介質板上;共面波導集成在整個電路的中間層，通過三個三角形漸變結構將共面波導接入基片集成非輻射介質波導實現阻抗匹配;底層介質板開了一個矩形槽，在穩定電路的同時避免了對共面波導性能的影響;從底層金屬層靠近共面波導的短邊開始向內開兩個梯形槽，與中間介質基板處的三個三角形漸變結構相匹配，更好的實現過渡處的阻抗匹配，兩個梯形槽關于長邊方向對折線對稱。
[0027]基片集成非輻射介質波導是在三層介質板上實現的，其制作方法是:將三層的介質板及其上下表面的金屬層作為傳統非輻射介質波導的金屬板，介質板的中間區域留出一條介質條帶，在介質條帶兩側設計一系列陣列式空氣通孔，從而構成基片集成非輻射介質波導。其中，空氣通孔數量由印刷電路板尺寸決定;空氣通孔的直徑和間距與電路工作頻率相關，影響周期性漏波天線的設計。
[0028]本發明的實施例中，共面波導所在的中間層介質基板厚為0.^^5皿/、相對介電常數為6.25;三層介質基板的總厚度為5.725皿;(底層介質板厚度為2.54皿;、中間層介質板為
0.635mm^頂層介質板為2.54備)，相對介電常數為6.15'三角形漸變結構的長度為4.8mm,向外的寬度是3.05遞;，利用三維電磁仿真軟件仿真的基片集成非輻射介質波導內的磁場分布圖(工作頻率21GHz)，如圖8所示。圖8表明基于印刷電路板的基片集成非輻射介質波導能夠應用到毫米波段電路設計，并且可以混合集成到多層電路中；進一步，本發明提出共面波導到基片集成波導的過渡電路，可以有效實現電路的平面化和微波毫米波多層電路的混合集成，相應的仿真結果如圖7所示，回波損耗降到-20dB以下的頻率帶寬為4GHz，說明了該過渡電路有較好的傳輸。
[0029]共面波導到基片集成非輻射介質波導的過渡電路充分利用空間，較少電磁干擾，利用性能較好的三角形漸變結構實現從中間接入到基片集成非輻射介質波導。基片集成非輻射介質波導中的陣列式空氣通孔，靠近共面波導的部分的通孔間距小于遠離共面波導的部分，間距小的陣列式空氣通孔能夠有效抑制電磁波在基片集成非輻射介質波導中傳播的泄露損耗，間距大的陣列式空氣通孔的設計使得電磁波進行周期性漏波輻射。因此，本發明為微波毫米波頻段混合集成多層電路其他類型的天線設計提供依據。
[0030]以上所述，僅為本發明中的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術范圍內，可理解想到的變換或替換，都應涵蓋在本發明的包含范圍之內，因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【主權項】
1.基片集成非輻射介質波導漏波天線，其特征在于，包括頂層介質板、中間層介質板、底層介質板、頂層金屬層、底層金屬層，頂層介質板、中間層介質板和底層介質板同軸堆疊放置;頂層介質板的長度小于中間層介質板和底層介質板、寬度等于中間層介質板和底層介質板； 頂層金屬層設置在頂層介質板的上表面，底層金屬層設置在底層介質板的下表面，底層金屬層與頂層金屬層在底層介質板的下表面的投影重合； 中間層介質板與頂層介質板的未重疊區域，中間層介質板的上表面，從中間介質板的一個短邊開始向內設置一個共面波導，其中，共面波導的中心導帶沿中間介質板的長邊方向對折線延伸設置，共面波導兩側的金屬接地板中靠近中間層介質板短邊方向對折線的邊沿與頂層金屬層在中間層介質板上的投影的邊沿重合； 在頂層介質板、中間層介質板、底層介質板的重疊區域，沿長邊方向對折線預留一條介質條帶，在介質條帶的兩側對稱設置陣列式空氣通孔，從而構成基片集成非輻射介質波導；其中，靠近共面波導的空氣通孔之間的間距小于遠離共面波導的空氣通孔之間的間距； 中間層介質板的上表面，在共面波導靠近基片集成非輻射介質波導的一端，從共面波導的中心導帶的一端向內沿介質條帶設置第一三角形漸變結構，從共面波導兩側的金屬接地板靠近中心導帶的一側向內沿介質條帶分別設置第二、第三三角形漸變結構，以將共面波導接入基片集成非輻射介質波導;其中，第一三角形漸變結構關于長邊方向對折線對稱，第二、第三三角形漸變結構關于長邊方向對折線對稱； 底層介質板下表面，從底層金屬層靠近共面波導的短邊的開始，向內沿介質條帶開兩個梯形槽，以與中間層介質板上的第一至第三三角形漸變結構相匹配;其中，兩個梯形槽關于長邊方向對折線對稱。2.根據權利要求1所述的基片集成非輻射介質波導漏波天線，其特征在于，陣列式空氣通孔的尺寸和空氣通孔之間的間距根據電路的工作頻率確定。3.根據權利要求1所述的基片集成非輻射介質波導漏波天線，其特征在于，第一至第三三角形漸變結構位于基片集成非輻射介質波導預留的介質條帶區域內。4.根據權利要求1所述的基片集成非輻射介質波導漏波天線，其特征在于，從底層介質板靠近共面波導的短邊開始向內開矩形槽，以穩定電路;其中，矩形槽關于長邊方向對折線對稱。5.根據權利要求4所述的基片集成非輻射介質波導漏波天線，其特征在于，沿長邊方向對折線，矩形槽的長度與共面波導的長度相等。
【文檔編號】H01Q13/20GK106099379SQ201610393692
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月3日 公開號201610393692.X, CN 106099379 A, CN 106099379A, CN 201610393692, CN-A-106099379, CN106099379 A, CN106099379A, CN201610393692, CN201610393692.X
【發明人】許鋒, 千金諾
【申請人】南京郵電大學