小型化基片集成波导匹配负载的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于微波集成电路的小型化基片集成波导匹配负载，包括上层金属面、中间介质板、下层金属面，中间介质板位于上层金属面和下层金属面之间，上层金属面和下层金属面之间设置两排金属柱线列，每排金属柱线列均包括若干金属柱，每个金属柱均与上层金属面和下层金属面相接触，在两排金属柱线列的末端设置末端金属柱线列线列，在末端金属柱线列线列的内侧设置微波吸收材料。本实用新型的负载原理简单、设计容易，通过传统的PCB加工及机械加工工艺即可实现指标要求。本负载适合各种基片集成波导电路，填补了国内该项目的空白。
【专利说明】小型化基片集成波导匹配负载
【技术领域】
[0001]本实用新型属于微波毫米波混合集成电路领域，特别是一种小型化基片集成波导匹配负载。
【背景技术】
[0002]匹配负载是一种单端口的微波器件，在理想情况下的能完全吸收微波能量，但是目前其它传输线，例如波导、微带线、同轴线等，都有各种形式的宽带/窄带的匹配电路，广泛应用于各种电路及系统中。应用基片集成波导即SIW(Substrate IntegratedWaveguide)这类成熟的设计平台来实现的平面结构，融合了矩形波导和微带线的优点，具有体积小、重量轻、相对带宽较宽的优点，同时可承受较高的功率门限，Q值也比较高，理论和实验均表明这类平面结构具有非常突出的优点，因此可在微波毫米波电路、混合集成电路(HMIC)以及毫米波单片集成电路(MMIC)中得到很好的应用。如文献I (“Integratedmicrostrip and rectangular waveguide in planar form，，，IEEE Microwave andWireless Comp.Lett., Vol.11, N0.2, 2001, pp.68-70),文献 2 (“A Planar Magic-T UsingSubstrate Integrated Circuits Concept, ” IEEE Microwave and Wireless Comp.Lett.,Vol.18, N0.6, 2008,pp386-388),以及文献3( “基片集成波导混合功率分配器馈电对数周期天线，”电波科学学报，2011，26 (3)，pp.437-442)中，都比较详细地介绍了采用基片集成波导(SIW)这类新技术来设计的新型微波毫米波平面无源电路。但是，作为一个重要部件的匹配负载却很少见到。文献4 (“Hiromitsu U, Masatoshi N, Akira I, et al.APost-Wall Waveguide (SIff)Matched Load with Thin-Film Resistor[A].Proceedings ofAsia Pacific Microwave Conference2010:1597-1600”)是目前为止唯一发表的有关 SIW负载的文章，文中描述的这种结构采用了薄膜电阻(Thin Film Resistor-TFR),能够在X波段20%的带宽内，实现-20dB回波损耗。但是，这类结构仍然存在一些缺点，主要有:(I)带宽窄；(2)电路基本无法调试；(3)制备工艺较复杂，需要特殊的生产设备，其成本也较高。
实用新型内容
[0003]本实用新型所解决的技术问题在于提供一种含有吸收材料的小型化基片集成波导匹配负载。
[0004]实现本实用新型目的的技术解决方案为:一种小型化基片集成波导匹配负载，包括上层金属面、中间介质板、下层金属面，中间介质板位于上层金属面和下层金属面之间，上层金属面和下层金属面之间设置两排金属柱线列，每排金属柱线列均包括若干金属柱，每个金属柱均与上层金属面和下层金属面相接触，在两排金属柱线列的末端设置末端金属柱线列，在末端金属柱线列的内侧设置微波吸收材料。
[0005]所述微波吸收材料的形状为长方体，该微波吸收材料的长边靠近末端金属柱线列。
[0006]所述微波吸收材料的形状为楔形，该微波吸收材料的长直角边或斜边靠近两排金属柱线列中的任意一排，微波吸收材料的短直角边靠近末端金属柱线列。
[0007]所述微波吸收材料包括两个楔形微波吸收材料，该两个楔形微波吸收材料分别靠近一排金属柱线列，微波吸收材料的短直角边靠近末端金属柱线列。
[0008]所述微波吸收材料包括一个长方体微波吸收材料和两个楔形微波吸收材料，该两个楔形微波吸收材料分别靠近一排金属柱线列，微波吸收材料的短直角边靠近末端金属柱线列，长方体微波吸收材料的长边靠近末端金属柱线列。
[0009]微波吸收材料为掺杂铁氧体的橡胶材料，其形态为固体或液体。
[0010]小型化基片集成波导匹配负载的上层金属面和下层金属面外表面之间的距离为
0.125mm>0.254mm>0.508mm>0.762mm、1.016mm 或 1.524mm。
[0011]本实用新型与现有技术相比，其显著优点为:1)本实用新型的小型化基片集成波导匹配负载，带宽可以从5%以内一直达到几个倍频程；2)本实用新型的小型化基片集成波导匹配负载电路指标相对稳定，同时也可以在生产后进行必要的调试，满足特定条件下的需求；3)结构设计简单易行，可以采用常规的PCB印制板制作工艺，传统的机加工工艺，以及手工安装手段，经济性突出；4)设计原理简单，对基片材料几乎没有特殊要求，可以满足所有的微波基板，具有广泛的通用性。
[0012]下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型窄带集成波导匹配负载结构的平面示意图。
[0014]图2为本实用新型窄带集成波导匹配负载结构的立体示意图。
[0015]图3为本实用新型宽带集成波导匹配负载结构的平面示意图。
[0016]图4为本实用新型宽带集成波导匹配负载结构的立体示意图。
[0017]图5垂直极化电磁波在有耗介质分界面的反射原理图。
[0018]图6垂直极化电磁波在带有金属板的有耗介质分界面的反射原理图。
[0019]图7宽带匹配负载工作原理图。
[0020]图8为本实用新型窄带集成波导匹配负载的反射系数仿真结果图。
[0021]图9为本实用新型宽带集成波导匹配负载的反射系数仿真结果图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
[0023]结合图1至图4，本实用新型基片集成波导匹配负载包括上层金属面1、中间介质板2、下层金属面3、两排金属柱线列4、末端金属柱线列5以及微波吸收块6。其中上层金属面I位于中间介质板2的上表面,底层金属面3位于中间介质板2的下表面,在金属面I或2打两排金属化孔，或填充金属浆料成金属柱，在末端打一排金属柱线列5，在靠近末端金属柱线列5的地方填充微波吸收材料6，用于吸收微波能量，未加金属柱线列的地方为信号输入端口。负载的宽度和金属柱的半径可以根据已有公式(1)-(2)计算:
,an\V x W、μ、
[0024]a - — arccot{-1n——)(I)
π4a AR
[0025]R < 0.1 λ g, W < 4R, R < 0.2a (2)[0026]其中a'是SIW的宽度，R是金属柱半径，W是相邻金属柱的间距，a是传输特性等效的矩形波导RW(Rectangular Waveguide)的宽度，λ g为矩形波导RW的波长。一般选取金属柱半径小于基片集成波导截止波长的1/10，两金属柱之间的间距小于金属柱直径长度，并作适当调节。上层金属面的宽度对应为基片集成波导结构截止频率波长的二分之一以上。终端的金属柱的规格同两排的一样，同时终端的吸收材料应根据不同的工作频率以及带宽的要求，设计不同的形式，使设计的指标在给定的要求下达到最佳。
[0027]本实用新型基片集成波导匹配负载结构，金属柱线列4和末端金属柱线列5中每个金属柱的半径通常为0.2~0.5mm,每两个金属柱之间的距离通常为0.2~2_，实际参数和工作频率相关，需要进行仔细的设计。
[0028]本实用新型基片集成波导匹配负载结构，其基本原理为上层金属面1、下层金属面3以及两排金属柱线列4构成类似于矩形波导的传输线形式，只是由于中间介质板2的高度一般较低，为0.254mm~2.54mm左右，因此更易于平面集成，同时终端通过5进行短路，电路内部填充微波吸收材料，用于吸收特定频率和带宽的电磁波。
[0029]其中微波吸收材料形状为矩形、圆形、椭圆、三角形或梯形，以及其它形状，可以根据需要进行设置。
[0030]所述末端金属柱线列5，一般是单排，也可以用多排并列的方式，以达到更好的屏蔽性能。
[0031]由于SIW中只传输TEmtl,即SIW中不存在水平极化电磁波。因此，对于SIW负载的设计，我们只考虑垂直极化电磁波，同时为简化计算，假设所有介质中的电导率σ =0。
[0032]对于窄带的匹配负载来说，在两种材料的分界面，如图5所示，垂直极化波在有耗介质分界面的电压反射系数为
【权利要求】
1.一种小型化基片集成波导匹配负载，其特征在于，包括上层金属面[I]、中间介质板[2]、下层金属面[3]，中间介质板[2]位于上层金属面[I]和下层金属面[3]之间，上层金属面[I]和下层金属面[3]之间设置两排金属柱线列[4]，每排金属柱线列均包括若干金属柱，每个金属柱均与上层金属面[I]和下层金属面[3]相接触，在两排金属柱线列[4]的末端设置末端金属柱线列[5]，在末端金属柱线列[5]的内侧设置微波吸收材料[6]。
2.根据权利要求1所述的小型化基片集成波导匹配负载，其特征在于，所述微波吸收材料[6]的形状为长方体，该微波吸收材料[6]的长边靠近末端金属柱线列[5]。
3.根据权利要求1所述的小型化基片集成波导匹配负载，其特征在于，所述微波吸收材料[6]的形状为楔形，该微波吸收材料[6]的长直角边或斜边靠近两排金属柱线列[4]中的任意一排，微波吸收材料[6]的短直角边靠近末端金属柱线列[5]。
4.根据权利要求1所述的小型化基片集成波导匹配负载，其特征在于，所述微波吸收材料[6]包括两个楔形微波吸收材料，该两个楔形微波吸收材料分别靠近一排金属柱线列，微波吸收材料[6]的短直角边靠近末端金属柱线列[5]。
5.根据权利要求1所述的小型化基片集成波导匹配负载，其特征在于，所述微波吸收材料[6]包括一个长方体微波吸收材料和两个楔形微波吸收材料,该两个楔形微波吸收材料分别靠近一排金属柱线列，微波吸收材料[6]的短直角边靠近末端金属柱线列[5]，长方体微波吸收材料的长边靠近末端金属柱线列[5]。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的小型化基片集成波导匹配负载，其特征在于，微波吸收材料[6]为掺杂铁氧体的橡胶材料,其形态为固体或液体。
7.根据权利要求1、2、3、4或5所述的小型化基片集成波导匹配负载，其特征在于，小型化基片集成波导匹配负载的上层金属面[I]和下层金属面[3]外表面之间的距离为.0.125mm>0.254mm>0.508mm>0.762mm、L 016mm、或 1.524mm。
【文档编号】H01P1/26GK203553318SQ201320665649
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】车文荃, 陈海东, 冯文杰 申请人:南京美华极地信息技术有限公司