一种新型基片集成间隙波导的封装微带线结构的制作方法

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种新型基片集成间隙波导的封装微带线结构。

背景技术：

微带线是用于传输微波信号的一种传输线，其在很多领域得到了广泛使用。与金属波导相比，微带线具有体积小、重量轻、工作频带宽、可靠性高以及制造成本低等特性。传统微带线存在辐射损耗、平面波和空腔谐振的问题。

带状线和基片集成波导在抑制空间辐射方面有较好的性能，但是带状线的垂直不对称性会产生有害的高阶模。由于基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide, SIW）传输的是TE₁₀模，当SIW与TEM/准TEM模式的微带线集成时，不可避免会产生模式转换损耗，妨碍电路集成。目前，间隙波导（Gap Waveguide, GW）被用来封装微带线，有效地抑制了空间辐射和表面波。同时，由于间隙波导（GW）中传输的是准TEM波，当其与微带线集成时，就不存在模式转换损耗。但是，传统的间隙波导（GW）体积庞大，不利于集成，而且难以保证连续的空气间隙高度，在实现上比较困难，且花费昂贵。

最近提出的基片集成间隙波导（Substrate Integrated Gap Waveguide, SIGW），保留了间隙波导（GW）的优点，很大程度地减小了整体的重量和尺寸。SIGW利用介质板作为间隙层，保证了稳定的间隙高度。同时，SIGW具有制造简单、损耗低、结构稳定、传输性能好以及工作带宽较宽的特性。

本发明用基片集成间隙波导（SIGW）来封装微带线，不仅可以抑制空间辐射和平面波，而且有助于实现高性能和小尺寸电路设计的高性价比。

本

技术实现要素：
，经文献检索，未见与本发明相同的公开报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，设计出一种新型弯曲微带脊基片集成间隙波导结构。

包括：顶层介质板（1），中间层介质板（2），底层介质板（3），其中：

a、顶层介质板（1）的上表面印刷有金属层，在介质板（1）上打有周期性金属过孔（4），介质板（1）的下表面敷贴有周期性金属圆形贴片（5），周期性金属过孔与周期性金属圆形贴片（5）一起构成蘑菇形电磁带隙（EBG）结构；

b、中间层介质板（2）即间隙层，位于顶层介质板（1）和底层介质板（3）的中间位置；

c、底层介质板（3）上表面印刷有之字形微带线（6），下表面印刷有金属层；所述之字形微带线（6）是由带状微带线经两次90度弯曲后形成的；之字形微带线（6）的垂直部分微带线（7）沿Y轴方向，关于X轴对称，X轴与介质板的上下对折线重合；之字形微带线（6）的水平部分微带线（8、9）具有不同的长度，平行于X轴；在之字形微带线（6）的弯曲处设计了倒角（10、11）；在之字形微带线（6）的两端分别设有匹配功能的渐变线（14）和渐变线（15），使基片集成间隙波导的封装微带线的特性阻抗随频率变化保持稳定，便于集成；

d、所述一种新型基片集成间隙波导的封装微带线结构的三层介质板的介电常数相同，三层介质板粘合在一起形成本发明的新型基片集成间隙波导的封装微带线结构。所述顶层介质板（1）与中间层介质板（2）长度和宽度相同；底层介质板（3）宽度与上面两层介质板宽度相同，但长度略长，使渐变微带线（14、15）处于裸露状态，以便于测试。

如上所述，新型基片集成间隙波导的封装微带线结构顶层介质板（1）的厚度比中间层介质板（2）和底层介质板（3）的厚度要厚，以减少传导损耗，降低空间辐射和表面波，获得较宽的带宽。

如上所述的新型基片集成间隙波导的封装微带线结构，调整顶层介质板（1）和底层介质板（3）的介电常数能实现使该封装微带线的工作带宽得到改变；增加顶层介质板（1）的介电常数，将降低微带线的高频截止频率；增加底层介质板（3）介电常数，将同时降低微带线的高频截止频率和低频截止频率。

如上所述的新型基片集成间隙波导的封装微带线结构，当顶层介质板（1）的介电常数达到10以后，低频截止频率和高频截止频率将不会随着底层介质板（3）的介电常数的改变而发生变化。

如上所述，新型基片集成间隙波导的封装微带线结构的中间层介质板（2）代替不稳定的空气间隙，保障上下两层介质板（1、3）之间有一个稳定的间隙高度。

如上所述，新型基片集成间隙波导的封装微带线结构增加底层介质板（3）的厚度会降低微带线的高频截止频率；当底层介质板（3）的厚度较小时，增加底层介质板（3）的厚度将增加微带线的低频截止频率；当底层介质板（3）的厚度增加到一定程度后，随着底层介质板（3）的厚度增加，微带线的低频截止频率将不再改变。

如上所述，新型基片集成间隙波导的封装微带线结构顶层介质板（1）、中间层介质板（2）和底层介质板（3）通过胶水粘接在一起实现对传统微带线的封装，不同于传统GW的封装中PMC盖使用螺钉固定各层，这有助于整体电路的集成。

如上所述，新型基片集成间隙波导的封装微带线结构当顶层介质板（1）的厚度超过0.6mm后，中间层的介电常数的改变将不会影响微带线的带宽。

如上所述，新型基片集成间隙波导的封装微带线结构倒角（10、11）处设计有45度倒角线（12、13），选择合适的倒角线长度将有效去除微带线弯曲时的不连续性及谐振问题。

如上所述，新型基片集成间隙波导的封装微带线结构对底层介质板（3）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，但对顶层介质板（1）的损耗角正切要求不高，可选择更便宜的大损耗的介质板，以降低成本。

如上所述，新型基片集成间隙波导传输准TEM模式，有利于与TEM模式的微带线的集成，降低集成时的模式转换损耗。

如上所述，新型基片集成间隙波导的封装微带线结构介质板（1）和周期过孔（4）以及金属贴片（5）组成理想磁导体（perfect magnetic conductor，PMC）层，有效减少了空间辐射损耗，抑制了平面波，同时解决了空间谐振的问题。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、解决了传统封装微带线中辐射损耗和平面波的问题；

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、具有较宽的工作频带。

附图说明

图1为本发明基片集成间隙波导的封装微带线。

图2为本发明基片集成间隙波导的封装微带线的顶层介质板的上表面图。

图3为本发明基片集成间隙波导的封装微带线的顶层介质板的下表面图。

图4为本发明基片集成间隙波导的封装微带线的中间层介质板的结构图。

图5为本发明基片集成间隙波导的封装微带线的底层介质板的上表面图。

图6为本发明基片集成间隙波导的封装微带线的底层介质板的下表面图。

图7为本发明基片集成间隙波导的封装微带线S11和S21的仿真和测试图。

图8为本发明基片集成间隙波导的封装微带线 S21的仿真和测试放大图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细说明。

如图1-6所示，一种新型基片集成间隙波导的封装微带线结构，包括：顶层介质板（1），中间层介质板（2），底层介质板（3），其中：

a、顶层介质板（1）的上表面印刷有金属层，在介质板（1）上打有周期性金属过孔（4），介质板（1）的下表面敷贴有周期性金属圆形贴片（5），周期性金属过孔与周期性金属圆形贴片（5）一起构成蘑菇形电磁带隙（EBG）结构；

b、中间层介质板（2）即间隙层，位于顶层介质板（1）和底层介质板（3）的中间位置；

c、底层介质板（3）上表面印刷有之字形微带线（6），下表面印刷有金属层；所述之字形微带线（6）是由带状微带线经两次90度弯曲后形成的；之字形微带线（6）的垂直部分微带线（7）沿Y轴方向，关于X轴对称，X轴与介质板的上下对折线重合；之字形微带线（6）的水平部分微带线（8、9）具有不同的长度，平行于X轴；在之字形微带线（6）的弯曲处设计了倒角（10、11）；在之字形微带线（6）的两端分别设有匹配功能的渐变线（14）和渐变线（15），使基片集成间隙波导的封装微带线的特性阻抗随频率变化保持稳定，便于集成；

d、所述一种新型基片集成间隙波导的封装微带线结构的三层介质板的介电常数相同，三层介质板粘合在一起形成本发明的新型基片集成间隙波导的封装微带线结构。所述顶层介质板（1）与中间层介质板（2）长度和宽度相同；底层介质板（3）宽度与上面两层介质板宽度相同，但长度略长，使渐变微带线（14、15）处于裸露状态，以便于测试。

如上所述，新型基片集成间隙波导的封装微带线结构顶层介质板（1）的厚度比中间层介质板（2）和底层介质板（3）的厚度要厚，以减少传导损耗，降低空间辐射和表面波，获得较宽的带宽。

如上所述的新型基片集成间隙波导的封装微带线结构，调整顶层介质板（1）和底层介质板（3）的介电常数能实现使该封装微带线的工作带宽得到改变；增加顶层介质板（1）的介电常数，将降低微带线的高频截止频率；增加底层介质板（3）介电常数，将同时降低微带线的高频截止频率和低频截止频率。

如上所述的新型基片集成间隙波导的封装微带线结构，当顶层介质板（1）的介电常数达到10以后，低频截止频率和高频截止频率将不会随着底层介质板（3）的介电常数的改变而发生变化。

如上所述，新型基片集成间隙波导的封装微带线结构的中间层介质板（2）代替不稳定的空气间隙，保障上下两层介质板（1、3）之间有一个稳定的间隙高度。

如上所述，新型基片集成间隙波导的封装微带线结构增加底层介质板（3）的厚度会降低微带线的高频截止频率；当底层介质板（3）的厚度较小时，增加底层介质板（3）的厚度将增加微带线的低频截止频率；当底层介质板（3）的厚度增加到一定程度后，随着底层介质板（3）的厚度增加，微带线的低频截止频率将不再改变。

如上所述，新型基片集成间隙波导的封装微带线结构顶层介质板（1）、中间层介质板（2）和底层介质板（3）通过胶水粘接在一起实现对传统微带线的封装，不同于传统GW的封装中PMC盖使用螺钉固定各层，这有助于整体电路的集成。

如上所述，新型基片集成间隙波导的封装微带线结构当顶层介质板（1）的厚度超过0.6mm后，中间层的介电常数的改变将不会影响微带线的带宽。

如上所述，新型基片集成间隙波导的封装微带线结构倒角（10、11）处设计有45度倒角线（12、13），选择合适的倒角线长度将有效去除微带线弯曲时的不连续性及谐振问题。

如上所述，新型基片集成间隙波导的封装微带线结构对底层介质板（3）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，但对顶层介质板（1）的损耗角正切要求不高，可选择更便宜的大损耗的介质板，以降低成本。

如上所述，新型基片集成间隙波导传输准TEM模式，有利于与TEM模式的微带线的集成，降低集成时的模式转换损耗。

如上所述，新型基片集成间隙波导的封装微带线结构介质板（1）和周期过孔（4）以及金属贴片（5）组成理想磁导体（perfect magnetic conductor，PMC）层，有效减少了空间辐射损耗，抑制了平面波，同时解决了空间谐振的问题。

如上所述顶层介质板（1）采用介电常数为2.94、损耗角正切为0.0012的Rogers RT/Duroid 6002介质材料，尺寸为26.278mm*22.778*1.524mm；中间层介质板（2）采用介电常数为2.94、损耗角正切为0.0012的Rogers RT/Duroid 6002介质材料，尺寸为26.278mm*22.778*0.762mm；底层介质板（3）采用介电常数为2.94、损耗角正切为0.0012的Rogers RT/Duroid 6002介质材料，尺寸为26.278*23.778*0.762mm。

图7所示的仿真结果和测试结果表明，在毫米波频段16.5GHz-24.5GHz内，本发明的新型基片集成间隙波导的封装微带线具有S11小于-15dB，部分小于-20dB的阻抗特性，S21小于-0.5dB的传输特性，是一种尺寸小、结构简单、传输性能好的基片集成间隙波导的封装微带线。

上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明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，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。