一种KA波段的多层介质集成悬置线的过渡及纵向功分结构的制作方法

本发明涉及微波技术领域，具体涉及一种ka波段的多层介质集成悬置线的过渡及纵向功分结构。

背景技术：

近年来，射频微波技术极大地促进了各行各业的发展，小型化、低功耗、低成本、高集成度成为微波电路与系统的主要发展趋势。介质集成悬置线是一种性能非常优良的新型微波传输线系统，具有低损耗、低色散、低成本、自封装等特性。随着滤波器、放大器、天线等电路在介质集成悬置线平台上实现后，其共同搭建的微波电路系统对集成度有了更高的要求，介于新型介质集成悬置线的多层pcb板的结构，双层乃至更多层级联的传输线结构能够很方便地在新型介质集成悬置线的平台实现，以达到更高的空间利用率。

现有技术中，对于高性能的双层介质集成悬置线之间的过渡电路缺少充分研究，阻碍了悬置线技术的进一步发展。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有技术中，对于高性能的双层介质集成悬置线之间的过渡电路缺少充分研究，阻碍了悬置线技术的进一步发展，目的在于提供一种ka波段的多层介质集成悬置线的过渡及纵向功分结构，解决上述问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种ka波段的多层介质集成悬置线的过渡，包括两个电路板a、两个及以上电路板b和三个及以上电路板组；所述电路板组由多层电路板自上而下依次设置构成；所述电路板b和电路板组自上而下交替设置构成悬置线结构，且悬置线结构的上下端面均设置与电路板b平行的电路板a；所述电路板组和电路板b上设置镂空，且电路板组和电路板b的镂空构成波导腔；所述电路板b上设置金属走线结构，所述金属走线结构包括激励贴片，且激励贴片位于波导腔内，所述波导腔的内壁内均布有垂直于电路板b的金属柱。

现有技术中，对于高性能的双层介质集成悬置线之间的过渡电路缺少充分研究，阻碍了悬置线技术的进一步发展。本发明应用时，两个电路板a的金属板和均布的金属柱作为波导器件的金属壁，而电路板组和电路板b上的镂空构成了波导器件的波导腔，同时激励贴片布置在波导腔内，使得激励贴片内可以通过激励起波导模式在波导器件中进行传播，从而实现了多个激励贴片之间的信号传输，进而实现不同层介质集成悬置线的信号互联，在保持介质集成悬置线现有优势的情况下，达到更高的集成度，并且在更方便各设计之间的互联同时尽可能地减少各电路之间存在的不必要的寄生效应。本发明利用介质集成悬置线多层板的结构特性，通过介质开槽，四周均匀排列金属柱的方式形成矩形波导，金属柱和介质板双面印刷的金属共同充当矩形波导的金属壁，能够很方便地实现各种尺寸的波导结构。

进一步的，所述金属走线结构设置于电路板b的金属板上，且金属走线结构还包括馈线和金属贴片；所述金属贴片设置有与波导腔截面匹配的矩形通孔，且激励贴片设置于矩形通孔内；所述馈线连接于激励贴片。

本发明应用时，为了将不同层介质集成悬置线的信号互联，在电路板b上的金属走线结构通过馈线与激励贴片进行微波信号通信，方便了不同层之间的信号传递。

进一步的，所述激励贴片为矩形，且激励贴片沿馈线方向的长度为0.7～0.9mm，激励贴片垂直于馈线方向的长度为1～1.4mm。

本发明应用时，为了使本申请更适用于ka波段，将激励贴片设置为宽0.7～0.9mm，长1～1.4mm的矩形结构，并将激励贴片的宽边连接馈线。

进一步的，所述矩形通孔沿馈线方向的长度为2.9～3.2mm，矩形通孔垂直于馈线方向的长度为6～7mm。

本发明应用时，为了将金属走线结构与整体结构更好匹配，将矩形通孔设置为宽2.9～3.2mm，长6～7mm的矩形。

进一步的，所述电路板b的数量为两个，所述电路板组的数量为三个；所述两个电路板b中一个电路板b上设置的激励贴片为输入贴片，另一个电路板b上设置的激励贴片为输出贴片。

本发明应用时，本申请过渡结构通过带线-矩形波导-带线的过渡实现的。带线到矩形波导的过渡是通过带线伸出的激励贴片，在波导中激励起波导模式在波导中进行传播，而矩形波导到带线的过渡则相反，是波导中波导模式的波通过另一个激励贴片过渡到传输线的模式传播。在实际设计中，输入贴片激励的波会向上下两个方向传播，为了使更多的能量被贴片#2接收并传播，电路板a的金属板相当于在输入贴片下方延长设置一四分之一波长反射面，使向下传播的波通过四分之一波长反射向上传播，从而减少了微波传播过程中的能量损耗。

进一步的，所述激励贴片包括上贴片和下贴片；所述上贴片位于电路板b上表面的金属板上，所述下贴片位于电路板b下表面的金属板上，且上贴片和下贴片通过金属化通孔连接。

进一步的，所述电路板a采用0.6mm厚度fr4介质的双面印制电路板；所述电路板b采用0.254mm厚度rogers5880介质的双面印制电路板；所述电路板组由多个0.6mm厚度fr4介质的双面印制电路板构成。

本发明应用时，电路板a、电路板b和电路板组通过上述设置可以有效的匹配于ka波段，使得本申请处于最佳的工作状态。

进一步的，相邻的电路板a与电路板b之间的电路板组由三层0.6mm厚度fr4介质的双面印制电路板构成；相邻的两个电路板b之间的电路板组由四层0.6mm厚度fr4介质的双面印制电路板构成。

本发明应用时，需要对波导腔的尺寸进行限制从而使得微波在波导内的传播处于最佳状态，所以本申请做了上述的结构和尺寸设计。

一种ka波段的多层介质集成悬置线的纵向功分结构，所述电路板b的数量为三个，所述电路板组的数量为四个；所述三个电路板b中位于中间位置的电路板b上设置的激励贴片为输入贴片，另两个电路板b上设置的激励贴片为输出贴片。

进一步的，所述每个输出贴片均通过馈线连接于两个输出端口。

本发明应用时，本申请相当于一种纵向的功分器，输入信号从一层悬置线输入，然后功分到上下两层悬置线实现基于介质集成悬置线平台的纵向功分器，该设计在介质集成悬置线平台有很大的应用价值，是对双层介质集成悬置线过渡的一个扩展，能够适应更多的拓扑结构，使基于介质集成悬置线平台的设计在走线方面有更大的可能性。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种ka波段的多层介质集成悬置线的过渡，利用介质集成悬置线多层板的结构特性，通过介质开槽，四周均匀排列金属柱的方式形成矩形波导，金属柱和介质板双面印刷的金属共同充当矩形波导的金属壁，能够很方便地实现各种尺寸的波导结构。

2、本发明一种ka波段的多层介质集成悬置线的垂直功分器，在介质集成悬置线平台有很大的应用价值，是对双层介质集成悬置线过渡的一个扩展，能够适应更多的拓扑结构，使基于介质集成悬置线平台的设计在走线方面有更大的可能性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例传统介质集成悬置线结构示意图；

图2为本发明实施例双层悬置线过渡示意图；

图3为本发明实施例纵向功分器示意图；

图4为本发明实施例金属走线结构示意图；

图5为本发明实施例馈电网络结构示意图；

图6为本发明实施例过度结构s参数示意图；

图7为本发明实施例纵向功分器s参数示意图；

图8为本发明实施例馈电网络s参数示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-电路板a，2-电路板b，3-电路板组，4-激励贴片，5-馈线，6-金属贴片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本发明一种ka波段的多层介质集成悬置线的过渡及纵向功分结构，包括两个电路板a1、两个及以上电路板b2和三个及以上电路板组3；所述电路板组3由多层电路板自上而下依次设置构成；所述电路板b2和电路板组3自上而下交替设置构成悬置线结构，且悬置线结构的上下端面均设置与电路板b2平行的电路板a1；所述电路板组3和电路板b2上设置镂空，且电路板组3和电路板b2的镂空构成波导腔；所述电路板b2上设置金属走线结构，所述金属走线结构包括激励贴片4，且激励贴片4位于波导腔内；所述波导腔的内壁内均布有垂直于电路板b2的金属柱。

本实施例实施时，两个电路板a1的金属板和均布的金属柱作为波导器件的金属壁，而电路板组3和电路板b2上的镂空构成了波导器件的波导腔，同时激励贴片4布置在波导腔内，使得激励贴片4内可以通过激励起波导模式在波导器件中进行传播，从而实现了多个激励贴片之间的信号传输，进而实现不同层介质集成悬置线的信号互联，在保持介质集成悬置线现有优势的情况下，达到更高的集成度，并且在更方便各设计之间的互联同时尽可能地减少各电路之间存在的不必要的寄生效应。本发明利用介质集成悬置线多层板的结构特性，通过介质开槽，四周均匀排列金属柱的方式形成矩形波导，金属柱和介质板双面印刷的金属共同充当矩形波导的金属壁，能够很方便地实现各种尺寸的波导结构。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，所述金属走线结构设置于电路板b2的金属板上，且金属走线结构还包括馈线5和金属贴片6；所述金属贴片6设置有与波导腔截面匹配的矩形通孔，且激励贴片4设置于矩形通孔内；所述馈线5连接于激励贴片4。

本实施例实施时，为了将不同层介质集成悬置线的信号互联，在电路板b2上的金属走线结构通过馈线5与激励贴片4进行微波信号通信，方便了不同层之间的信号传递。

实施例3

本实施例在实施例2的基础上，所述激励贴片4为矩形，且激励贴片4沿馈线5方向的长度为0.7～0.9mm，激励贴片4垂直于馈线5方向的长度为1～1.4mm。

本实施例实施时，为了使本申请更适用于ka波段，将激励贴片设置为宽0.7～0.9mm，长1～1.4mm的矩形结构，并将激励贴片的宽边连接馈线。

实施例4

本实施例在实施例2的基础上，所述矩形通孔沿馈线5方向的长度为2.9～3.2mm，矩形通孔垂直于馈线5方向的长度为6～7mm。

本实施例实施时，为了将金属走线结构与整体结构更好匹配，将矩形通孔设置为宽2.9～3.2mm，长6～7mm的矩形。

实施例5

本实施例在实施例2的基础上，所述电路板b2的数量为两个，所述电路板组3的数量为三个；所述两个电路板b2中一个电路板b2上设置的激励贴片4为输入贴片，另一个电路板b2上设置的激励贴片4为输出贴片。

本实施例实施时，本申请过渡结构通过带线-矩形波导-带线的过渡实现的。带线到矩形波导的过渡是通过带线伸出的激励贴片，在波导中激励起波导模式在波导中进行传播，而矩形波导到带线的过渡则相反，是波导中波导模式的波通过另一个激励贴片过渡到传输线的模式传播。在实际设计中，输入贴片激励的波会向上下两个方向传播，为了使更多的能量被贴片#2接收并传播，电路板a的金属板相当于在输入贴片下方延长设置一四分之一波长反射面，使向下传播的波通过四分之一波长反射向上传播，从而减少了微波传播过程中的能量损耗。

实施例6

本实施例在实施例2的基础上，所述电路板b2的数量为三个，所述电路板组3的数量为四个；所述三个电路板b2中位于中间位置的电路板b2上设置的激励贴片4为输入贴片，另两个电路板b2上设置的激励贴片4为输出贴片。所述每个输出贴片均通过馈线5连接于两个输出端口；

本实施例实施时，本申请相当于一种纵向的功分器，输入信号从一层悬置线输入，然后功分到上下两层悬置线实现基于介质集成悬置线平台的纵向功分器，该设计在介质集成悬置线平台有很大的应用价值，是对双层介质集成悬置线过渡的一个扩展，能够适应更多的拓扑结构，使基于介质集成悬置线平台的设计在走线方面有更大的可能性。

实施例7

本实施例在实施例1的基础上，所述电路板a1采用0.6mm厚度fr4介质的双面印制电路板；所述电路板b2采用0.254mm厚度rogers5880介质的双面印制电路板；所述电路板组3由多个0.6mm厚度fr4介质的双面印制电路板构成。

本实施例实施时，电路板a、电路板b和电路板组通过上述设置可以有效的匹配于ka波段，使得本申请处于最佳的工作状态。

实施例8

本实施例在实施例7的基础上，相邻的电路板a1与电路板b2之间的电路板组3由三层0.6mm厚度fr4介质的双面印制电路板构成；相邻的两个电路板b2之间的电路板组3由四层0.6mm厚度fr4介质的双面印制电路板构成。

本实施例实施时，需要对波导腔的尺寸进行限制从而使得微波在波导内的传播处于最佳状态，所以本申请做了上述的结构和尺寸设计。

实施例9

本实施例在实施例1～8的基础上，如图1所示，从上到下依次是fr4、fr4、rogers5880、fr4、fr4。电路搭建在第三层介质的上下金属上，第二层和第四层介质中间挖槽与周围的金属柱构成腔体结构，五层介质由金属通孔连接。具有低损耗、自封装、一体化集成和成本低等优势。本发明提到的双层介质集成悬置线则是上层悬置线与下层悬置线层叠，共用同一层sub5实现上下层悬置线腔体的隔离。并基于该结构设计双层介质集成悬置线的过渡电路，实现不同层介质集成悬置线的信号互联，在保持介质集成悬置线现有优势的情况下，达到更高的集成度。

本实施例提供了工作在ka波段的双层介质集成悬置线的过渡结构的设计思路及过程。本发明中所述的介质集成悬置线结构如图1所示，由至上而下重叠的五层双面印制电路板，第一层至第五层电路板的中间介质材质可依次采用fr4、fr4、rogers5880、fr4、fr4，厚度依次为0.6mm、0.6mm、0.254mm、0.6mm、0.6mm。第二层电路板和第四层电路板中间镂空，从而保证第三层电路板分别与第一层电路板和第五层电路板之间形成空气腔体结构。第二层金属层和第九层金属层作为悬置线电路的信号地。第三层电路板上、下表面金属层即第五层金属层和第六层金属层上设置电路。由于这一结构特点，基于介质集成悬置线设计的电路在进行系统集成的时候通过悬置线到带线的过渡结构互联，同时保持个腔体彼此独立，形成独特的蜂窝结构，有效减少了系统集成后大量的调试工作。而由于蜂窝结构的此种优势，我们选择将双层介质集成悬置线的过渡结构在带线部分完成，从而更方便各设计之间的互联同时尽可能地减少各电路之间存在的不必要的寄生效应。

实施例10

如图2所示，本实施例在实施例9的基础上，本发明所述双层介质集成悬置线的过渡结构是通过带线-矩形波导-带线的过渡实现的。带线到矩形波导的过渡是通过带线伸出的一矩形贴片#1，位于波导底部，在波导中激励起波导模式在波导中进行传播，而矩形波导到带线的过渡则相反，是波导中波导模式的波通过另一尺寸相同位置对称的贴片#2过渡到传输线的模式传播。在实际设计中，贴片#1激励的波会向上下两个方向传播，为了使更多的能量被贴片#2接收并传播，波导在贴片#1下方延长设置一四分之一波长反射面，使向下传播的波通过四分之一波长反射向上传播。同理贴片#2的上方同样设置一四分之一波长反射面。本发明中选择激励的模式为te10模。在设计中利用介质集成悬置线多层板的结构特性，通过介质开槽，四周均匀排列金属柱的方式形成矩形波导，金属柱和介质板双面印刷的金属共同充当矩形波导的金属壁，能够很方便地实现各种尺寸的波导结构。

本实施例中，双层介质集成悬置线的过渡电路工作在ka波段，如图4所示，激励贴片4沿馈线5方向的长度优选为0.8mm，激励贴片4垂直于馈线5方向的长度优选为1.2mm；所述矩形通孔沿馈线5方向的长度优选为3.062mm，矩形通孔垂直于馈线5方向的长度优选为为6.65mm。

图6为本发明提供的双层介质集成悬置线过渡电路仿真获得的散射参数曲线图，从图中可以看出在26.5～40ghz范围内，该过渡结构的回波损耗优于-19db，插入损耗低于0.18db。

由上述结果可知，本实施例所述双层介质集成悬置线能够在ka波段实现以很小的损耗将信号从一层介质集成悬置线过渡到另一层介质集成悬置线，为基于双层乃至多层介质集成悬置线的设计提供了良好基础。

实施例11

如图3所示，本实施例在实施例10的基础上，基于实施例10中所述的双层介质集成悬置线过渡中提到的带线-波导过渡与波导-带线过渡结合的结构，能够使信号从一层悬置线纵向传输到另一层悬置线。于是基于这一结构，本实施例提供了一种纵向的功分器，输入信号从一层悬置线输入，然后功分到上下两层悬置线实现基于介质集成悬置线平台的纵向功分器，如图4所示。图4中，金属走线结构包括了一部分用于测试的过渡结构，该结构设置于输入或输出馈线的两侧。该设计在介质集成悬置线平台有很大的应用价值，是对双层介质集成悬置线过渡的一个扩展，能够适应更多的拓扑结构，使基于介质集成悬置线平台的设计在走线方面有更大的可能性。本实施例中将该纵向功分器与平面功分器结合实现了空间的一分四功分器，为基于介质集成悬置线的纵向排列的天线阵列提供了适配的馈电网络。本实施例中提供的一分四功分器是上述纵向功分器的两个输出端口分别接两个平面功分器，实现空间一分四功分器，为一工作在24.25～26.25ghz的2*2天线阵列馈电，尺寸与天线阵列的尺寸适配。

图5为输出馈线结构图，图7为本实施例中基于波导结构的垂直方向功分器通过电磁仿真软件得到的散射参数曲线图，从图中可以看出在20～40ghz范围内，s11优于-15db,插入损耗优于0.5db,幅度不平衡度优于0.7db。图8为本实施例中提供的一分四功分器通过电磁仿真软件得到的散射参数曲线图，从图中可以看出在20～40ghz范围内，s11优于-15db,插入损耗优于0.2db,幅度不平衡度优于0.2db。

由上述结果可知，本实施例所述基于双层介质集成悬置线过渡结构设计的空间一分四馈电网络能够在所需工作频带实现实现良好的工作性能，为空间排列的天线阵列提供良好基础。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。