一种采用超材料的微波传输线电磁辐射屏蔽结构的制作方法

本发明属于电磁屏蔽，具体是一种采用超材料的微波传输线电磁辐射屏蔽结构。

背景技术：

1、随着移动通信技术的发展，通信速率不断提高，目前5g毫米波技术已经在移动通信、医疗设备、军工电子等领域得到广泛应用。随着设备工作频率的提升，通信系统面临的电磁辐射问题也愈加严重，电子系统中一个关键的部分是pcb，其承载着电子系统中大部分的电子元件，因此，pcb成为电磁辐射泄露的主要部分。微波信号在pcb中的传输主要是通过传输线完成的，随着传输频率的提升，传输线在传输高频信号时感应出的等效回路电感及电容增大，因此很大一部分电磁能量被辐射到空间中，引起其他电子元件的异常，如果辐射能量达到一定程度，甚至会使整个电子系统崩溃。微波信号传输线一般具有宽频带的传输特性，因此其所产生的电磁辐射也同样具有丰富的频率分量，由于传输线一般用于pcb板间或pcb与芯片间的连接，因此其产生的电磁辐射对于系统中其他电子元器件具有广泛的影响。现有的微波传输线电磁屏蔽技术一般为反射型结构，使用金属过孔及金属板来反射泄露的电磁波，这种方案不利于加工制造。一方面，反射型电磁屏蔽结构未能从根源上抑制电磁辐射，电磁波泄露风险依然存在。另一方面，这种反射型结构会引起电磁波在屏蔽腔体内反复振荡干扰所传输的信号，影响微波信号的正常传输。因此，迫切需要设计一种对微波传输线传输性能影响较小的同时可有效抑制电磁辐射的屏蔽结构。

2、超材料是一种依据电磁理论设计出来的具有某种电响应或者磁响应的“特异”人工材料，通常由亚波长结构单元按周期或有规律的非周期的方式排列组合而成。其具有很多自然界材料不具备的特性，如负折射率、负介电常数以及负磁导率等。超材料单元通过谐振结构来实现对电磁波的调控和吸收，相较于传统吸波材料，其厚度相对更薄且远小于电磁波波长，且吸收带宽更大，吸收频率更高。因此，超材料在微波传输线电磁辐射屏蔽中具有良好的应用前景。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种采用超材料的微波传输线电磁辐射屏蔽结构。

2、本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计了一种采用超材料的微波传输线电磁辐射屏蔽结构，包括下层微波传输线、中层介质间隔层和上层超材料屏蔽层；

3、所述下层微波传输线包含由下到上的三部分，分别为接地金属导体背板、介质基板和共面波导结构；

4、所述中层介质间隔层包含一定厚度的绝缘介质基板；

5、所述上层超材料屏蔽层包含由下到上的三部分，分别为超材料表面图案、介质基板、金属导体背板。

6、进一步地，所述下层微波传输线中的共面波导结构沿x轴对称，长度为l1＝10mm，中心信号线宽度为h＝0.12mm，两侧地线宽度为w＝0.19mm，地线与信号线的间隙为g＝0.25mm。

7、进一步地，所述上层超材料屏蔽层表面图案部分由10个基本超材料图案单元直接串联组成，十个相同的单一图案单元沿x构成周期排列。单一图案单元由三个相互耦合的开口分裂方环构成，并且贴合在长度(沿x轴方向)和宽度(沿y轴方向)均为l2＝1mm的介质基板上，其中最外环的外环边长为h1＝0.98mm，内环边长为h2＝0.86mm，中间环的外环边长为h3＝0.72mm，内环边长为h4＝0.56mm，最内环的外环边长为h5＝0.48mm，内环边长为h6＝0.24mm。

8、进一步地，所述下层微波传输线的介质基板、所述上层超材料屏蔽层的介质基板以及所述中间介质间隔层的绝缘介质材料包括聚酰亚胺、液晶高分子聚合物、聚四氟乙烯、聚苯硫醚中的至少一种，所述下层微波传输线的金属导体背板和所述上层超材料屏蔽层中的金属导体背板包括铜、银、铝中的至少一种。

9、进一步地，所述下层微波传输线的介质基板、所述上层超材料屏蔽层的介质基板以及所述中间介质间隔层的绝缘介质材料包括介电常数为3.5的聚酰亚胺；下层微波传输线和上层超材料屏蔽层中的金属导体背板的材质为铜，导电率为5.96×107s/m。

10、与现有技术相比，本发明有益效果在于：

11、1、采用超材料对微波传输线进行电磁辐射屏蔽属于吸收型结构，将泄露到超材料结构表面的电磁波转化为热能进行吸收，从源头上减小了电磁波向外辐射的可能性。

12、2、超材料结构的厚度相较于传统吸波材料更薄，且远小于吸收频段内电磁波的波长。

13、3、吸收型屏蔽方案减少了电磁波反射回微波传输线的分量，降低了反射电磁波对信号传传输性能的影响。

14、4、相较于传统的金属过孔加金属反射板的屏蔽方案，超材料屏蔽结构的制造难度更低。

15、5、超材料可以根据目标吸收频段进行设计的调整，改变基本超材料图案单元大小与结构，介质基板材料与厚度等均可以调整超材料结构的吸收频率，并且灵活应用在各个工作频段的微波传输线中。

技术特征：

1.一种采用超材料的微波传输线电磁辐射屏蔽结构，其特征在于：包括下层微波传输线、中层介质间隔层和上层超材料屏蔽层；

2.根据权利要求1所述的采用超材料的微波传输线电磁辐射屏蔽结构，其特征在于，所述共面波导结构沿x轴对称。

3.根据权利要求2所述的采用超材料的微波传输线电磁辐射屏蔽结构，其特征在于，所述共面波导结构的长度为l，所述中心信号线的宽度为h，所述地线的宽度为w，所述地线与所述中心信号线的间隙为g，其中，l1＝10mm，h＝0.12mm，w＝0.19mm，g＝0.25mm。

4.根据权利要求1所述的采用超材料的微波传输线电磁辐射屏蔽结构，其特征在于，超材料表面图案由10个基本超材料图案单元沿x轴排列构成，所述基本超材料图案单元贴合在所述介质基板上且由三个相互耦合的开口分裂方环构成。

5.根据权利要求4所述的采用超材料的微波传输线电磁辐射屏蔽结构，其特征在于，所述介质基板沿x轴方向的长度和沿y轴方向的宽度均为l2；所述三个相互耦合的开口分裂方环中的最外环的外环边长为h1，最外环的内环边长为h2，中间环的外环边长为h3，中间环的内环边长为h4，最内环的外环边长为h5，最内环的内环边长为h6；其中，l2＝1mm，h1＝0.98mm，h2＝0.86mm，h3＝0.72mm，h4＝0.56mm，h5＝0.48mm，h6＝0.24mm。

6.根据权利要求1所述的采用超材料的微波传输线电磁辐射屏蔽结构，其特征在于，所述下层微波传输线的介质基板、所述上层超材料屏蔽层的介质基板以及所述中间介质间隔层的绝缘介质材料包括聚酰亚胺、液晶高分子聚合物、聚四氟乙烯、聚苯硫醚中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的采用超材料的微波传输线电磁辐射屏蔽结构，特征在于，所述下层微波传输线的金属导体背板和所述上层超材料屏蔽层中的金属导体背板包括铜、银、铝中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的采用超材料的微波传输线电磁辐射屏蔽结构，其特征在于，所述下层微波传输线的介质基板、所述上层超材料屏蔽层的介质基板以及所述中间介质间隔层的绝缘介质材料包括介电常数为3.5的聚酰亚胺，所述下层微波传输线的金属导体背板和所述上层超材料屏蔽层中的金属导体背板的材质为铜，导电率为5.96×107s/m。

技术总结
本发明公开了一种采用超材料的微波传输线电磁辐射屏蔽结构。所设计的采用超材料的微波传输线电磁辐射屏蔽结构主要由从下至上的微波传输线、介质间隔层和超材料屏蔽层组成，微波传输线用于信号传输；超材料屏蔽层用于抑制微波传输线向空间辐射电磁波；介质间隔层位于两者之间，用于金属导体的隔离。本发明所采用的超材料电磁辐射抑制结构具有尺寸较小，结构简单，易于加工，抑制频段宽等特点，且作为吸收型辐射抑制方法，在不影响微波传输线传输性能的情况下可以有效降低电磁辐射干扰。

技术研发人员：李艳禄,管政涛,王蒙军,魏豪毅
受保护的技术使用者：宏启胜精密电子（秦皇岛）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13