基于探针馈电的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路

摘要

本发明公开了一种基于探针馈电的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路，包括第一至第三介质基板、第一和第二金属贴片、四条输入输出传输线以及四个谐振器；第二和第三介质基板上均设有第一金属化通孔以构成基片集成波导，第一金属贴片构成输入输出传输线的地；谐振器设置于第三介质基板上表面；第二金属贴片构成基片集成波导的地；四个第二金属化通孔贯穿第一介质基板、第一金属贴片以及第二介质基板。输入/输出传输线通过相距半波长的第二金属化通孔和谐振器馈入到基片集成波导，使差分信号通过，共模信号被抑制，谐振器与下方基片集成波导的底面形成等效电容，降低对探针长度的要求，从而降低对基片集成波导厚度的要求，减少了电路厚度。

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，更具地说，涉及一种基于探针馈电的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路。

背景技术

在微波毫米波的商业和军事通信系统中，微带和基片集成波导为能够有效地在各种模块之间传输高频信号的两种常用的传输线。微带传输线路通常用于连接多个有源电路的模块包括晶体管、单片微波集成电路(MMIC)以及各种表面安装的组件。而基片集成波导由于兼具金属波导Q值高、损耗低和功率容量大的特点，同时又易于加工和平面集成，成为天线馈电网络、高品质因数滤波器等的低损耗传输线的首选。

在一个系统的体系结构设计，使用不同类型的传输线是有利的，如微带线和基片集成波导共存的模块。在这方面，当基片集成波导模块连接到微带模块时就需要一个微带到基片集成波导的过渡器件。在许多应用中，这些过渡器件被安装在多层面板的表面。基于平面基板、易于制造以及尺寸紧凑的宽带微带-基片集成波导过渡设计非常重要。

平衡式电路由于其电路形式的对称性和信号的反相特性而受到越来越多的研究和关注。与传统的单端微波电路相比，平衡式电路的优点包括：谐波抑制、高线性度、抗干扰能力强(通常外界噪声都是共模信号)、高可靠性和高输出功率(两个差分电路的功率合成)等。因此，在当前的微波单片集成电路(MMIC)和射频集成电路(RFIC)中，平衡/差分模式被广泛采用。因此非常有必要开发微带-基片集成波导的平衡式过渡设计，以用于平衡式电路中。

传统的微带到基片集成波导的平衡式过渡设计大都是由不同形式的探针馈电来构成的，其中较好的设计是通过探针伸入基片集成波导，与基片集成波导耦合，但是由于探针馈电需要一定的长度，这使得基板厚度比较厚，基片的选材比较困难。对于工作带宽来说，此类设计为17％，另外此类设计对共模抑制这方面的性能没有进行评估。

发明内容

本发明针对传统的探针馈电来实现微带到基片集成波导的过渡，造成基板厚度大，以及对基板的厚度要求严格而造成的基板选择不方便的缺陷，提供一种基于探针馈电的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路，实现了差分信号从微带传输线到基片集成波导传输的多层异面过渡，简化了电路结构，减少厚度，且易于制造，增加了差模带宽，共模抑制效果好，抗干扰能力强以及可靠性高。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：提供一种基于探针馈电的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路，包括第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板、第一金属贴片、第二金属贴片、两个输入输出传输线组以及四个谐振器；两个所述输入输出传输线组对称设置于所述第一介质基板上表面两端，每个所述输入/输出传输线组包括镜像设置的两条输入/输出传输线；所述第一介质基板的下表面与所述第二介质基板的上表面连接；所述第二介质基板和所述第三介质基板上分别设置有多个第一金属化通孔以构成基片集成波导，所述第一金属贴片设置于所述第二介质基板的上表面以构成所述输入输出传输线组的地；所述第二介质基板的下表面与所述第三介质基板的上表面连接；四个所述谐振器两两一组对称设置于所述第三介质基板上表面的两端；所述第二金属贴片设置于所述第三介质基板的下表面以构成基片集成波导的地；四个第二金属化通孔两两一组对称设置于所述第一介质基板两端并贯穿所述第一介质基板、所述第一金属贴片以及所述第二介质基板；一组中的两个所述第二金属化通孔分别与同一侧的两条输入/输出传输线的输入/输出端的位置以及同一侧的两个谐振器的中心位置相对应；一组中的两个所述第二金属化通孔相距半个波长。

优选地，多个第一金属化通孔围成矩形。

优选地，所述第二介质基板以及所述第三介质基板上还包括由多个第三金属化通孔构成的感性窗。

优选地，所述感性窗位于多个第一金属化通孔围成矩形的中心。

优选地，所述感性窗为矩形，由分别位于矩形四个顶点的四组第三金属化通孔组成，每组中包括两个第三金属化通孔。

优选地，所述谐振器为矩形的金属贴片。

本发明的基于探针馈电的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路具有以下有益效果:平衡式过渡的输入/输出传输线通过相距半波长的第二金属化通孔组成的探针和谐振器馈入到基片集成波导，使差分信号通过，共模信号被抑制，贴片谐振器与下方的基片集成波导(由第三介质基板与第一金属化通孔构成)的底面形成的等效电容能降低对探针长度的要求，从而降低对基片集成波导厚度的要求，减少了电路厚度。

另外，通过在基片集成波导中增加金属化通孔构成的感性窗，增加差模响应的带宽。同时评估了共模信号的抑制能力，具有较好的共模抑制效果。

附图说明

图1为本发明的基于探针馈电的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路第一实施例的三维结构示意图；

图2为本发明的基于探针馈电的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路第一实施例的侧视图；

图3为本发明的基于探针馈电的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路第一实施例中第一介质基板上表面上电路的拓扑结构图；

图4为本发明的基于探针馈电的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路第一实施例中第一金属贴片的拓扑结构图；

图5为本发明的基于探针馈电的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路第一实施例中第二介质基板的拓扑结构图；

图6为本发明的基于探针馈电的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路第一实施例中第三介质基板上表面的拓扑结构图；

图7为本发明的基于探针馈电的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路第一示例的仿真结果图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的解释说明。

图1为本发明的基于探针馈电的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路100第一实施例的三维结构示意图，如图1所示，在本实施例中，基于探针馈电的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路100包括第一介质基板1、第二介质基板2、第三介质基板3、第一金属贴片4、第二金属贴片5、两个输入输出传输线组6以及四个谐振器7。

其中，两个输入输出传输线组6对称设置于第一介质基板1上表面两端，每个输入/输出传输线组6包括镜像设置的两条输入/输出传输线，例如在第一介质基板1左端的为镜像设置的两条输入传输线，右端的为镜像设置的两条输出传输线。若第一介质基板1左端的为两条输出传输线，右端的则为两条输入传输线。第一介质基板1的下表面与第二介质基板2的上表面连接。

第二介质基板2和第三介质基板3上分别设置有多个第一金属化通孔8，多个第一金属化通孔8均匀分布，围成一个矩形，构成基片集成波导。第一金属贴片4设置于第二介质基板2的上表面以构成输入输出传输线组6的地。第二介质基板2的下表面与第三介质基板3的上表面连接。四个谐振器7两两一组对称设置于第三介质基板3上表面的两端，在本实施例中，谐振器7为矩形的金属贴片。第二金属贴片5设置于第三介质基板3的下表面以构成基片集成波导的地。

四个第二金属化通孔9两两一组对称设置于第一介质基板1两端，并且四个第二金属化通孔9均贯穿第一介质基板1、第一金属贴片4以及第二介质基板2。第二金属化通孔9即为探针。每组中的两个第二金属化通孔9相距半个波长，且分别与同一侧的两条输入/输出传输线的输入/输出端的位置以及同一侧的两个谐振器7的中心位置相对应。例如，第一介质基板1左侧的为两条输入传输线，则左侧两个第二金属化通孔9的位置与这两条输入传输线的输入端的位置一一对应，还与同一侧的两个谐振器7的中心位置一一对应。也就是说，同一侧的两条输入/输出传输线的输入/输出端相距半个波长，同一侧的两个谐振器7的中心相距半个波长。

另外，在第二介质基板2以及第三介质基板3上多个第一金属化通孔8围成的矩形的中心位置还分别设置有由多个第三金属化通孔10构成的感性窗，优选地，感性窗为矩形，且由设置在其四个顶点的四组第三金属化通孔10组成，每组中包括两个第三金属化通孔10。

在本实施例中，第一介质基板1、第二介质基板2以及第三介质基板3的介电常数相同，可以通过例如Ro4003C高频PCB板来实现。在其他实施例中，第一介质基板1、第二介质基板2以及第三介质基板3的介电常数也可以不相同。

参见图2至图6(仅用于举例以及实验测量，不用于限制本发明)，在一个示例中，第一介质基板1的厚度h1＝0.913mm，第二介质基板2厚度h2＝0.913mm，第三介质基板3厚度h3＝0.254mm，第一介质基板1、第二介质基板2以及第二介质基板3的介电常数εr＝3.38,长L1＝77mm，宽L2＝30mm(示例中第一至第三介质基板的长宽相同)。输入/输出传输线分为四节，第一节垂直于第一介质基板1的长边，其长度l1＝6.9mm，其宽度W1＝2.1mm，其距离第一介质基板1短边的距离l4＝8.4mm；第二节垂直于第一节，其长度l2＝6.6mm；第三节垂直于第二节，其长度l3＝5mm，镜像设置的两条输入/输出传输线的第三节之间的距离g＝0.5mm；第四节一端与第三节连接，另一端为输入/输出端且间距ld＝10.5mm，第四节的长度l5＝8.65mm，第四节的宽度W3＝1mm，第四节末端连接着半圆弧直径d1＝1.2mm。第一金属贴片4的长宽与介质基板相同，贯穿第一金属化贴片4的第二金属化通孔9的外环直径D＝2mm,内环直径d2＝1mm，第一金属化贴片4的短边和与其最近的一个第二金属化通孔9之间的距离fv1＝12.7mm，一组中两个第二金属化通孔9的间距为fv2＝10.5mm,第二金属化通孔9距离第一金属化贴片4的长边的最短距离fv3＝7mm。

在第二介质基板2和第三介质基板3上，第一金属化通孔8围成的矩形两较短的平行边与第二介质基板2和第三介质基板3两较短的平行边的距离相等，该距离V1＝7.9mm。第一金属化通孔8围成的矩形两较长的平行边与第二介质基板2和第三介质基板3两较长的平行边的距离可等也可不相同，如图5所示为不相等，第一金属化通孔8围成的矩形的一条较长的平行边与第二介质基板2和第三介质基板3较长的平行边十分靠近，另一条较长的平行边与第二介质基板2和第三介质基板3与之平行的边之间的距离V2＝14.4mm。如图5和6所示，矩形的感应窗位于第一金属化通孔8围成的矩形的中心位置，矩形的感应窗距离第一金属化通孔8围成的矩形两垂直边的距离分别为lg＝1.5mm以及lv1＝23.75mm，且与第一金属化通孔8围成的矩形的距离分别为lg＝1.5mm的平行边长度为lv2＝12.5mm。第一金属化通孔8、第二金属化通孔9和第三金属化通孔10的直径Vd＝0.5mm。贯穿第二介质基板2的第二金属化通孔9距离第一金属化通孔8围成的矩形的短边的最短距离lt1＝5.05mm，距离第一金属化通孔8围成的矩形的长边的距离lt2＝6.3mm,一组中的两个第二金属化通孔9的间距ltd＝10.5mm。

设置在第三介质基板3上表面的谐振器7的长lp1＝10mm,宽lp2＝7.5mm，谐振器7距离第一金属化通孔8围成的矩形的短边的最短距离v1＝1.55mm,谐振器7距离第一金属化通孔8围成的矩形的长边的最短距离v2＝1.55mm。一组中的两个谐振器7相邻两边的距离gp＝3mm。

通过仿真软件CST(Computer Simulation Technology)对具有上述参数的过渡电路100进行仿真的结果如图7所示，从图7可以看出该过渡满足回波损耗小于15dB的频率范围为8.52～11.26GHz,即相对带宽为27.4％，通带内共模信号抑制在19dB以上。

在本发明的基于探针馈电的微带到基片集成波导的平衡式过渡电路100第一实施例中，输入/输出传输线6通过相距半波长的第二金属化通孔9组成的探针和矩形金属贴片构成的谐振器7馈入到基片集成波导，使差分信号通过，共模信号被抑制，矩形金属贴片与下方的基片集成波导(由第三介质基板3与第一金属化通孔8构成)的底面形成的等效电容能降低对探针长度的要求，从而降低对基片集成波导厚度的要求，减少了电路厚度。同时通过加入感性窗来增加带宽。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。