一种从带状线到共面波导的渐变转接结构

1.本发明涉及微波电路技术领域，特别是涉及一种从带状线到共面波导的渐变转接结构。


背景技术：

2.随着集成电路的发展，互连转接技术被广泛关注。带状线由于其屏蔽电磁干扰性能好、色散小的特点被广泛用于无源电路中，但带状线不能直接与表面电路相连。共面波导由于低损耗低色散的特点，被广泛应用在表面电路中。因此，为了无源电路与表面电路高性能集成，需要低反射性能的从带状线到共面波导的转接结构。目前，采用的转接结构电磁场匹配以及阻抗匹配效果较差，存在较大的结构不相续性。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种从带状线到共面波导的渐变转接结构，通过改善电磁场匹配以及阻抗匹配效果，提高了回波损耗。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.一种从带状线到共面波导的渐变转接结构，包括：渐变带状线过渡部分与共面波导过渡部分；所述渐变带状线过渡部分用于连接带状线，所述共面波导过渡部分用于连接共面波导；
6.所述渐变带状线过渡部分包括第一上层外导体、第一内导体和第一下层外导体；所述第一上层外导体设置有非线性渐变缝隙，所述非线性渐变缝隙将所述第一上层外导体分为第一导体块和第二导体块；所述第一内导体为线性渐变导体，所述第一内导体设置在所述非线性渐变缝隙下方；所述第一内导体的宽度从所述非线性渐变缝隙的尖端一侧向所述非线性渐变缝隙的开口一侧线性增加；
7.所述共面波导过渡部分包括第二上层外导体、第二内导体和第二下层外导体；所述第二上层外导体包括第三导体块和第四导体块；所述第一下层外导体和所述第二下层外导体共面连接为外导体下层；所述第一上层外导体和所述第二上层外导体共面连接为外导体上层；所述第一内导体和所述第二内导体构成内导体层，所述外导体上层与所述内导体层之间设置第一介质基板，所述外导体下层与所述内导体层之间设置第二介质基板；
8.所述第一上层外导体的所述非线性渐变缝隙的尖端一侧用于连接带状线；所述第一上层外导体的所述非线性渐变缝隙的开口一侧连接所述第二上层外导体；所述第一导体块连接所述第三导体块，所述第二导体块连接所述第四导体块；所述第二内导体包括在一个平面内的第五导体块、第六导体块和第七导体块，所述第五导体块和所述第六导体块设置在所述第七导体块的两侧，所述第五导体块设置在所述第三导体块下方，所述第六导体块设置在所述第四导体块下方，所述第七导体块与所述第一内导体共面连接；
9.所述共面波导过渡部分的第二下层外导体与所述共面波导的下层导体共面连接，所述共面波导过渡部分第二下层外导体与第二内导体之间的介质基板与所述共面波导的
介质基板共面连接。
10.可选地，所述第三导体块和所述第四导体块之间的距离与所述非线性渐变缝隙最宽开口处的宽度相同。
11.可选地，所述外导体下层上设置的两排通孔和所述外导体上层上设置的两排通孔对应设置，垂直于所述外导体下层所在平面与所述外导体上层所在平面的柱形导体穿过所述通孔连接所述外导体下层和所述外导体上层，且两排通孔之间的距离小于设定值。
12.可选地，所述第一介质基板和所述第二介质基板均为rogers rt/duroid4350材料。
13.可选地，所述第一介质基板和所述第二介质基板通过粘合介质ro4450粘合。
14.可选地，所述第一介质基板的厚度为0.254mm。
15.可选地，所述第二介质基板的厚度为0.254mm。
16.可选地，所述粘合介质的厚度为0.2mm。
17.可选地，所述第一介质基板包括多层介质基板。
18.可选地，所述第二介质基板包括多层介质基板。
19.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
20.本发明渐变转接结构包括渐变带状线过渡部分与共面波导过渡部分，通过渐变带状线过渡部分上层外导体上的非线性渐变缝隙、内导体的线性渐变导体和第一下层外导体，以及共面波导过渡部分的第二上层外导体、第二内导体和第二下层外导体，实现带状线与共面波导转接结构的电场匹配以及阻抗匹配，提高了回波损耗。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明一种从带状线到共面波导的渐变转接结构示意图；
23.图2为本发明外导体上层、内导体层和外导体下层分层结构示意图；
24.图3为本发明不同位置处的电场分布图；
25.图4为本发明一种从带状线到共面波导的渐变转接结构应用过程中的散射参数曲线图。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.本发明的目的是提供一种从带状线到共面波导的渐变转接结构，通过改善电磁场匹配以及阻抗匹配效果，提高了回波损耗。
28.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实
施方式对本发明作进一步详细的说明。
29.图1为本发明一种从带状线到共面波导的渐变转接结构示意图，图2为本发明外导体上层、内导体层和外导体下层分层结构示意图，如图1
‑
2所示，一种从带状线到共面波导的渐变转接结构，包括：渐变带状线过渡部分100与共面波导过渡部分200；渐变带状线过渡部分100用于连接带状线，共面波导过渡部分200用于连接共面波导。渐变带状线过渡部分100长度为l1，共面波导过渡部分200的长度为l2，
30.渐变带状线过渡部分100与共面波导过渡部分200均包括至少两层介质基板和设置在介质基板上的上中下三层金属；上层金属1和下层金属5构成外导体，分别为外导体上层和外导体下层，与介质基板形成一个置物空间，内导体层放置在置物空间内。
31.渐变带状线过渡部分100与共面波导过渡部分200的介质基板相连，渐变带状线过渡部分100的外导体与共面波导过渡部分200的外导体相连，渐变带状线过渡部分100的内导体层与共面波导过渡部分200的内导体层相连。
32.渐变带状线过渡部分100包括第一上层外导体、第一内导体和第一下层外导体，第一上层外导体设置有非线性渐变缝隙2，非线性渐变缝隙2将第一上层外导体分为第一导体块11和第二导体块12；第一内导体为线性渐变导体7，第一内导体设置在非线性渐变缝隙2下方；第一内导体的宽度从非线性渐变缝隙2的尖端一侧向非线性渐变缝隙2的开口一侧线性增加。第一内导体宽度小的一侧与带状线连接。
33.共面波导过渡部分200包括第二上层外导体、第二内导体和第二下层外导体；第二上层外导体包括第三导体块13和第四导体块14；第一下层外导体和第二下层外导体共面连接为外导体下层；第一上层外导体和第二上层外导体共面连接为外导体上层。第一内导体和第二内导体构成内导体层，外导体上层与内导体层之间设置第一介质基板，外导体下层与内导体层之间设置第二介质基板；
34.第一上层外导体的非线性渐变缝隙2的尖端一侧用于连接带状线；第一上层外导体的非线性渐变缝隙2的开口一侧连接第二上层外导体；第一导体块11连接第三导体块13，第二导体块12连接第四导体块14；第二内导体包括在一个平面内的第五导体块65、第六导体块66和第七导体块67，第五导体块65和第六导体块66设置在第七导体块67的两侧，第五导体块65设置在第三导体块13下方，第六导体块66设置在第四导体块14下方，第七导体块67与第一内导体共面连接。
35.第七导体块67与第五导体块65和第六导体块66的距离相同，为设定距离。
36.共面波导过渡部分200的第二下层外导体与共面波导的下层导体共面连接，共面波导过渡部分200第二下层外导体与第二内导体之间的介质基板与共面波导的介质基板连接。
37.共面波导过渡部分200的第二内导体与共面波导的上层导体共面连接。
38.第三导体块13和第四导体块14之间的距离与非线性渐变缝隙2最宽开口处的宽度相同。
39.外导体下层和外导体上层上均设置有两排通孔4，外导体上层和外导体下层通过通孔4连接。
40.外导体下层上设置的两排通孔4和外导体上层上设置的两排通孔4对应设置，垂直于外导体下层所在平面与外导体上层所在平面的柱形导体穿过通孔4连接外导体下层和外
导体上层。外导体上层上设置的两排通孔包括第一排通孔和第二排通孔，外导体下层上设置的两排通孔包括第三排通孔和第三排通孔；
41.第一排通孔和第三排通孔通过柱形导体连接，第二排通孔和第四排通孔通过柱形导体连接，连接通孔的所有柱形导体相互平行。
42.外导体上层上设置的两排通孔4之间的距离与外导体下层上设置的两排通孔4之间的距离相同，且两排通孔4之间的距离小于设定值λ/2，λ为设定波长，由电磁场频率决定。
43.带状线的宽度为w1。共面波导的宽度为w2，共面波导与两侧的内导体的缝隙宽度为s2。
44.渐变带状线过渡部分100的上层金属(第一上层外导体)刻蚀非线性渐变缝隙2，内导体(第一内导体)为线性渐变导体7，第一内导体宽度是从w1到w2线性改变；通过设计非线性渐变缝隙2的宽度，实现所连接的带状线与共面波导过渡部分200阻抗匹配。
45.共面波导过渡部分200附加两个地平面3在上层金属(第三导体块13和第四导体块14)；两个额外地平面的距离与渐变带状线过渡部分100的非线性渐变缝隙2末端的宽度相同,为b；通过设计内导体的共面波导缝隙宽度s1实现阻抗匹配；共面波导过渡部分200的下层金属和内导体分别与共面波导的两层金属相连；共面波导过渡部分200的介质基板与共面波导的介质基板在连接处构成阶梯形状。
46.以pcb工艺加工的本发明所述的转接结构为例，第一介质基板和第二介质基板均为rogers rt/duroid 4350材料(介电常数3.48，介质损耗角正切0.0037)。第一介质基板和第二介质基板通过粘合介质ro4450粘合(介电常数3.52，介质损耗角正切0.0041)。第一介质基板的厚度为0.254mm。第二介质基板的厚度为0.254mm，粘合介质的厚度为0.2mm。金属厚度(外导体上层、内导体层和外导体下层中的所有导体)为0.018mm。l1＝1.5mm，l2＝0.65mm，w1＝0.34mm，w2＝0.44mm，s2＝0.14mm，b＝2.2mm，s1＝1mm。
47.作为具体实施例，第一介质基板包括多层介质基板。
48.作为具体实施例，第二介质基板包括多层介质基板。
49.图3为本发明一种从带状线到共面波导的渐变转接结构的不同位置截面电场图。图3中最左侧为从下到上电场依次增大，图3中各位置截面(a
’‑
a，b
’‑
b，c
’‑
c和d
’‑
d)电场从外到内依次增大，带状线的电场主要集中在中间。经过渐变带状线过渡部分100与共面波导过渡部分200后，电场逐渐向两边分布。最终过渡到共面波导的场分布。
50.图4为本发明一种从带状线到共面波导的水平渐变转接结构的散射参数结果图，散射参数包括回波损耗和插入损耗，|s
11
|为回波损耗，|s
21
|为插入损耗。输入到渐变转接结构的电信号从直流到60ghz，s
21
可以达到大于
‑
0.5db，s
11
可以达到小于
‑
25db。
51.综上，本发明所设计的一种从带状线到共面波导的水平渐变转接结构，具有低反射，结构简单，易于集成，制作方便，适用范围广，在微波段具有广阔的应用前景。
52.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
53.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。