一种宽频带近场磁场探头的谐振抑制结构及其构建方法_2

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的设计步骤,易于工程人员掌握;加入过孔几乎不会增加探头的设计和加工 成本,成本低,易于推广和生产。 【【附图说明】】
[0038]图1为宽频带近场磁场探头本体三维结构展开图。
[0039] 图2(a)为宽频带近场磁场探头顶层的俯视图。
[0040] 图2(b)为宽频带近场磁场探头中间1层的俯视图。
[0041] 图2(c)为宽频带近场磁场探头中间2层的俯视图。
[0042] 图2(d)为宽频带近场磁场探头底层的俯视图。
[0043] 图3为无栅栏式过孔阵列结构的CB-CPW示意图。
[0044] 图4为图1中CB-CPW的S21仿真结果图。
[0045] 图5为有栅栏式过孔阵列结构的CB-CPW示意图。
[0046] 图6为图1和图3中CB-CPW的S21仿真结果对比图。
[0047] 图7为宽频带近场磁场探头本体底端局部放大图。
[0048] 图8为宽频带近场磁场探头本体有、无栅栏式过孔阵列结构的S21仿真结果对比 图。
[0049] 图9为磁场探头谐振抑制结构的构建方法流程图。
[0050] 图10为磁场探头与微带线构成的仿真模型图。
[0051 ] 附图标记说明:
[0052] 1-接地过孔,2-CB-CPW地平面,21-栅栏式过孔阵列,22-同轴过孔阵,
[0053] 23-短路过孔,3-CB-CPW中心导体,4-CB-CPW金属背面,
[0054] 31-磁场探头顶层屏蔽平面,32-磁场探头中间1层,33-磁场探头带状线,
[0055] 34-磁场探头底层屏蔽平面,35-磁场探头CB-CPW中心导体,
[0056] 36-顶层长方形缝隙,5-信号过孔,41-顶层"凸"字型缝隙,
[0057] 42-底层"凸"字型缝隙,6-微带线,7-SMA接头,8-磁场探头本体。
[0058] 图中标记符号说明:
[0059] 1: CB-CPW地平面的长度;
[0060] w: CB-CPW地平面的宽度;
[0061 ] s: CB-CPW中心导体宽度;
[0062] d: CB-CPW中心导体边缘与CB-CPW地平面边缘最近的距离;
[0063] h: CB-CPW介质的厚度;
[0064] G:接地过孔到CB-CPW中心导体边缘最近的距离;
[0065] D:接地过孔的间距; 【【具体实施方式】】
[0066] 结合附图,将进一步阐明磁场探头谐振抑制结构以及该结构的构建方法,公开仿 真设计思路和过程,公布仿真结果。
[0067] 本发明一种宽频带近场磁场探头的谐振抑制结构,该谐振抑制结构是以宽频带近 场磁场探头为基础,为了更好的说明本发明的谐振抑制结构,图1、图2(a) - (d)展示了本发 明中该磁场探头本体的结构图。
[0068]本发明在具体实施中一共分为三个部分:CB-CPW谐振及其抑制设计;磁场探头谐 振抑制结构的具体实施;磁场探头谐振抑制结构的构建方法。
[0069] 1. CB-CPW谐振及其抑制设计
[0070] 图3为无栅栏式过孔阵列结构的CB-CPW示意图。
[0071] 在CST微波工作室中构建图3所示的CB-CPW仿真模型。仿真模型中所选的坐标系x 轴方向沿着CB-CPW地平面长边方向,y轴沿着CB-CPW地平面宽边方向,z轴沿着CB-CPW介质 高度的方向。设置仿真模型中〇8<?1的介质为1?叩從 843508,相对介电常数^为3.66,介质 的长度为48mm,宽度为31.8mm,高度h为0.674mm;设置CB-CPW中心导体3的宽度s为1mm,厚度 为0.5oz;设置CB-CPW地平面每一块(一共两块,对称分布在CB-CPW中心导体3两侧)的长度1 为48mm,宽度w均为15mm,厚度为0.05oz;设置d为0.4mm;设置CB-CPW金属背面4长度为48mm, 宽度为31.8mm;这样所设计的CB-CPW的特性阻抗为50 Q。
[0072]按照构建的模型,代入CB-CPW的尺寸到下述公式得出谐振频率:
[0074] 由上述公式得出谐振频率:①f 〇1 = 1 ? 63GHz②f 〇2 = 3 ? 26GHz③f 〇3 = 4 ? 90GHz④f 12 = 6.16GHz ⑤ f 〇4 = 6.53GHz ⑥ f i3 = 6.53GHz ⑦ f 14 = 8.36GHz ⑧ f is = 9.69GHz ⑨ f 22,fi6 = 9.69GHz ⑩ fi7= 12.57GHz
[0075] 在CB-CPW-端定义为端口 1,另一端定义为端口2。仿真算法采用时域算法,仿真频 率为0~20GHz。端口 1和端口 2都设置为有相同尺寸的波导端口(Waveguide Port)。仿真得 到的S21如图4所示。在图4中标出计算得到的谐振频点。
[0076] 图5为有栅栏式过孔阵列结构的CB-CPW示意图。接地过孔1分别连接CB-CPW地平面 2和CB-CPW金属背面4,接地过孔1在CB-CPW中心导体3两侧等间距对称分布,每一个接地短 路孔1到CB-CPW中心导体边缘最近的距离均相等。接地过孔1将CB-CPW中心导体3围在中间, 所有的接地过孔1构成栅栏式过孔阵列。
[0077] 在构建的图3的CST模型的基础上,构建如图5所示的CST模型。在CB-CPW中心导体3 两侧对称仿真两排接地过孔1,设置为1.25mm,设置接地过孔1的半径为0.5mm,设置接地过 孔1之间的间距D为2mm。重新仿真得到的S21与图3模型仿真得到的S21对比如图6所示。图6 可以证明栅栏式过孔阵列可以有效抑制CB-CPW的谐振,延展CB-CPW的工作带宽。
[0078] 2.磁场探头谐振抑制结构的具体实施
[0079] 图7为宽频带近场磁场探头本体底端局部放大图。图7包含了磁场探头谐振抑制结 构,该结构是在磁场探头CB-CPW中心导体35两侧对称放置两排接地过孔1,每一排的接地过 孔1的个数为9个,每一排的接地过孔等间距分布,间距为0.52mm;每一个接地过孔1的半径 为0.125mm;为了保证每一个接地过孔1均能连接磁场探头顶层屏蔽平面31、磁场探头中间1 层32和磁场探头底层屏蔽平面34,每一个接地过孔都不能位于磁场探头底端长方形缝隙; 为了更好实现对探头谐振的抑制,在满足加工工艺的前提下所有接地过孔1与磁场探头CB-CPW中心导体35边缘的水平距离尽可能小(本发明中距离为0.72mm);接地过孔1将磁场探头 CB-CPW中心导体35围在中间,形成"栅栏",这些接地过孔1构成栅栏式过孔阵列21;栅栏式 过孔阵列21可以为信号提供返回路径;接地过孔1抑制了 CB-CPW给平行板模式的能量传输, 从而避免了 CB-CPW在工作频带激励起的平行板模式,从而可以将谐振频点移至工作频带 外,提高了工作频带。图8为一种宽频带近场磁场探头有无栅栏式过孔阵列结构的S21仿真 结果对比图。图8证明了采用抑制CB-CPW谐振的方法应用到对所设计的磁场探头谐振抑制, 取得了良好的效果。
[0080] 3.磁场探头谐振抑制结构的构建方法
[0081] 图9为磁场探头谐振抑制结构的构建方法流程图,下面将详细阐述磁场探头谐振 抑制结构的构建方法步骤。
[0082]步骤一:在CST微波工作室中构建磁场探头与50 Q微带线构成的仿真模型,如图10 所示,此时的磁场探头本体结构中没有包含栅栏式过孔阵列;微带线基板的尺寸为80mmX 50mmX 1.6mm,基板材料为Rogers4350B,微带线的特性阻抗为50 Q。
[0083]步骤二:设置微波工作室的算法为时域算法;设置仿真背景为"Normal",含义为背 景设置为真空,这与实际环境中的空气比较类似;设置边界条件为开放边界条件(open);虽 然所设计的磁场探头下限频率为300kHz,但是仿真是设计下限频率为0GHz可以加速仿真的 进程,因此设置仿真频率为0~20GHz;
[0084] 步骤三:在磁场探头CB-CPW中心导体35两侧对称放置两排接地过孔1;根据加工工 艺,接地过孔1选择最小的半径为0.125mm;由于磁场探头CB-CPW中心导体的长度为5~8_, 同时防止每一排中的接地过孔1发生粘连,设置接地过孔1的间距,设置每一排接地过孔1的 个数为7个;
[0085] 步骤四:微带线一端接50 n匹配负载,另一端定义为portl,磁场探头接SMA的一端 定义为P〇rt2,仿真S21参数;每一次仿真结束,分析S21参数在300kHz~20GHz工作频带内的 谐振;如果存在不能接受的谐振,调整每一排接地过孔1的个数,接地过孔1的间距,接地过 孔1与磁场探头CB-
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