CN219937344U - 一种e波段宽带宽低插损siw转接波导过渡结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，包括从上至下依次层叠的顶层、中间层和底层，每层均设有金属化通孔阵列，其中，所述顶层的金属化通孔阵列围成的区域中设置有微带线，所述底层的金属化通孔阵列围成的区域中设置有用于E波段的耦合窗口，所述耦合窗口中设置有铜皮调试匹配结构。本实用新型的过渡结构使用了双层板技术，设计及加工方法简单，成本低，频率范围覆盖大部分E波段，并且插损能够达到‑0.9dB以内。
Description
技术领域
本实用新型涉及波导技术领域，尤其涉及一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构。
背景技术
SIW是一种基于波导结构集成化的思想而提出的立体的周期性结构，通过阵列金属通孔限制电磁波向外辐射，代替传统的矩形金属波导。但是随着使用频率的增加，传输的损耗和Q值(品质因数)受到的影响增大，故很多微波元器件依然采用波导的形式来设计制造。为了将微带电路与波导形式的器件或电路连接使用，就设计了一种SIW－波导的过渡结构。
当前射频技术的发展对共面波导转波导设计提出了更高的要求：仿真设计技术不断改进优化，但随着频率的增加，低损耗、低成本仍然是一个瓶颈。从带宽来看，现有基于SIW转波导过渡的技术还未有范围覆盖大部分E波段的。从工艺来看，如今生活中大部分过渡是采用探针耦合的形式，少部分采用LGA多层板技术。虽然能达到较宽的频率范围，但成本高且工艺复杂，对于产品量产化及简易装配的需求是存在一定的弊端。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有SIW转波导过渡结构存在的问题，提供了一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，该过渡结构使用了双层板技术，设计及加工方法简单，成本低，且频率范围覆盖大部分E波段，并且插损能够达到-0.9dB以内。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
主要提供一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，包括从上至下依次层叠的顶层、中间层和底层，每层均设有金属化通孔阵列，其中，所述顶层的金属化通孔阵列围成的区域中设置有微带线，所述底层的金属化通孔阵列围成的区域中设置有用于E波段的耦合窗口，所述耦合窗口中设置有铜皮调试匹配结构。
作为一优选项，一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，所述顶层和底层均为铜层。
作为一优选项，一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，所述中间层为Rogers 3003的印制板。
作为一优选项，一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，所述中间层的厚度为0.254mm，介电常数为3.00±0.04，损耗正切角为0.001。
作为一优选项，一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，所述底层通过耦合窗口连接有波导。
作为一优选项，一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，所述波导为WR-12标准波导。
作为一优选项，一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，所述金属化通孔阵列中通孔的直径为0.2mm。
作为一优选项，一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，所述微带线的长度3.14mm，所述微带线的宽度为0.4mm。
作为一优选项，一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，所述耦合窗口的长度为2.9mm，所述耦合窗口的宽度为0.55mm。
作为一优选项，一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，所述铜皮调试匹配结构为凹槽型。
需要进一步说明的是，上述各选项对应的技术特征在不冲突的情况下可以相互组合或替换构成新的技术方案。
与现有技术相比，本实用新型有益效果是：
(1)本实用新型的过渡结构通过金属化通孔阵列防止信号逸散，过孔的规则排列，能够防止信号通过孔间间距泄露出去，一定情况下保证了信号的完整性，顶层微带线的长度与到地间距影响传输信号的驻波，底层耦合窗口中设置有铜皮调试匹配结构，影响频率范围及中心频点。使用了双层板技术，设计及加工方法简单，成本低，频率范围覆盖大部分E波段，有较好的驻波和插损特性，插损能够达到-0.9dB以内。
(2)仿真结果表明，该过渡结构在74～87GHz频率范围内，2个端口的反射系数均小于-10dB，插入损耗最小为0.44dB，最大为0.8dB，取得了较好的驻波和插损特性。
(3)使用的有机板材层数更少，加工工艺相对简单，成本更低。且板材材质更硬，使用时更不易损坏。此外，基于PCB工艺，封装器件以及射频电路等具有很好的兼容性，对于高频的集成系统也具有重要的意义。
附图说明
图1为本实用新型实施例示出的一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构的整体示意图；
图2为本实用新型实施例示出的波导过渡结构的侧视图；
图3为本实用新型实施例示出的波导过渡结构的顶层结构示意图；
图4为本实用新型实施例示出的波导过渡结构的中间层结构示意图；
图5为本实用新型实施例示出的波导过渡结构的底层结构示意图；
图6为本实用新型实施例示出的顶层尺寸示意：
图7为本实用新型实施例示出的底层尺寸示意；
图8为本实用新型实施例示出的S参数仿真示意图。
图中标号：1、顶层；2、中间层；3、底层；4、金属化通孔阵列；11、微带线；5、耦合窗口；51、铜皮调试匹配结构；6、波导。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
参照图1-图5，在一示例性实施例中，提供一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，包括从上至下依次层叠的顶层1、中间层2和底层3，每层均设有金属化通孔阵列4，其中，所述顶层1的金属化通孔阵列围成的区域中设置有微带线11，所述底层3的金属化通孔阵列围成的区域中设置有用于E波段的耦合窗口5，所述耦合窗口5中设置有铜皮调试匹配结构51。
具体地，参照图1-图2，该结构的原理是顶层通过SIW形式进行信号传输，当信号传输到通孔围成的区域内，通过底部无铜皮区域，即耦合窗口5进行输出。在传输过程中，通孔起到防止信号逸散的作用，具体的说，过孔的规则排列，能够防止信号通过孔间间距泄露出去，一定情况下保证了信号的完整性，顶层带线的长度与到地间距影响传输信号的驻波。底层无铜区域增加规则铜皮进行匹配，影响频率范围及中心频点。
进一步地，图3-图5为基于原理搭建的传输仿真设计图。由图可以看到，设计是由两层铜皮和1层介质板材(中间层2)构成，上述的板材选用的是Rogers3003的印制板，板厚0.254mm,介电常数为3.00±0.04，损耗正切角为0.001，这是一种陶瓷填充的PTFE复合材料/层压板，用于商用微波和射频应用，所以该技术具有较高的成熟度和可靠性。
进一步地，由于该过渡结构主要用于E波段，因此过渡结构的另一端设置为WR-12标准波导接口，以方便和现有的商用波导进行连接。
进一步地，参照图6-图7，在整体设计的尺寸中，放置了直径为d_via＝0.2mm的金属通孔，连接顶层1和底层3的铺铜，值得注意的是，如果金属化通孔阵列4过稀，即两个通孔的间距过大，可能会导致电磁能量的泄露，且工艺上孔径和孔间距是相互关联的，因此在实际设计中通常联系工艺进行综合考虑，故金属化过孔尺寸及间距排列需经过仿真得到，非常规排列。在顶层1中，微带线11到地间距W_s＝0.2mm，微带线长度L_t＝3.14mm，微带线宽度W_t＝0.4mm，微带线末端整体与地相连。
在底层中，先切割出一个W_r*L_r的禁止铺铜区域，即信号耦合窗口5，其中耦合窗口的宽度W_r＝0.55mm，耦合窗口的长度L_r＝2.9mm，再在信号耦合窗口5新增铜皮调试匹配结构51调试匹配且与地连接，其中，所述铜皮调试匹配结构51为凹槽型，铜皮调试匹配结构51的尺寸为：a＝0.2mm，b＝2.5mm，c＝1.05mm，d＝0.4mm，e＝0.2mm，f＝0.1mm。且在设计中，铜皮的调试对带宽和中心频点以及插损有着决定性的影响，在设计中，需根据实际仿真结果来判断是否增加或删减尺寸。
进一步地，图8为结构设计完成后进行S参数仿真的结果，其中具有标记点m1和m2的曲线为S21，代表插入损耗，具有标记点m3和m4的曲线为S11，代表输入回波，没有标记点的曲线为S22，代表输出回波。仿真结果表明，该过渡结构在74～87GHz频率范围内，2个端口的反射系数均小于-10dB，插入损耗最小为0.44dB，最大为0.8dB，取得了较好的驻波和插损特性。
本实用新型的波导过渡结构替代传统机械加工的过渡结构，简化了加工过程。根据仿真结果，在设计使用的频段内，该过渡结构具有良好的端口驻波特性和低插入损耗，说明该设计具有良好的可行性。使用的有机板材层数少，加工工艺相对简单，成本更低，且板材材质更硬，使用时更不易损坏。另该结构基于PCB工艺，因此封装器件以及射频电路等具有很好的兼容性，对于高频的集成系统也具有重要的意义。
以上具体实施方式是对本实用新型的详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，其特征在于，包括从上至下依次层叠的顶层、中间层和底层，每层均设有金属化通孔阵列，其中，所述顶层的金属化通孔阵列围成的区域中设置有微带线，所述底层的金属化通孔阵列围成的区域中设置有用于E波段的耦合窗口，所述耦合窗口中设置有铜皮调试匹配结构。
2.根据权利要求1所述的一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，其特征在于，所述顶层和底层均为铜层。
3.根据权利要求1所述的一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，其特征在于，所述中间层为Rogers 3003的印制板。
4.根据权利要求3所述的一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，其特征在于，所述中间层的厚度为0.254mm，介电常数为3.00±0.04，损耗正切角为0.001。
5.根据权利要求1所述的一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，其特征在于，所述底层通过耦合窗口连接有波导。
6.根据权利要求5所述的一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，其特征在于，所述波导为WR-12标准波导。
7.根据权利要求1所述的一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，其特征在于，所述金属化通孔阵列中通孔的直径为0.2mm。
8.根据权利要求1所述的一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，其特征在于，所述微带线的长度3.14mm，所述微带线的宽度为0.4mm。
9.根据权利要求1所述的一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，其特征在于，所述耦合窗口的长度为2.9mm，所述耦合窗口的宽度为0.55mm。
10.根据权利要求1所述的一种E波段宽带宽低插损SIW转接波导过渡结构，其特征在于，所述铜皮调试匹配结构为凹槽型。
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