基片集成非辐射介质波导漏波天线

摘要

本发明公开了一种基片集成非辐射介质波导漏波天线，是一种由共面波导和三层基片集成非辐射介质波导构成的三层电路结构，其中基片集成非辐射介质波导是通过在印刷电路板上设计一系列空气通孔实现的，共面波导集成在电路的中间层，将共面波导通过三角形渐变结构接入基片集成非辐射介质波导，同时调整三角形渐变结构来实现阻抗匹配；在与共面波导同一端的底层介质板上开了一个矩形槽，在稳定电路的同时避免了对共面波导性能的干扰。本发明能顺利实现由共面波导接入基片集成非辐射介质波导，激励起辐射性能更优良的高阶模，从而形成了周期性漏波天线，同时实现了微波毫米波混合多层电路的集成，有利于毫米波频段电路的设计，制作工艺简单，成本低廉。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基片集成非辐射介质波导漏波天线，特别涉及一种共面波导激励的基片集成非辐射介质波导周期性漏波天线，属于微波技术领域。

背景技术

随着毫米波频段电路的研究和发展，较低的传输损耗、易与平面电路结构集成的波导结构是备受青睐的，非辐射介质波导特有的在高频段的低金属损耗特性以及在弯曲和不连续处的无辐射特性使其成为极具发展前景的毫米波元器件。

非辐射介质波导在应用到毫米波电路设计时存在精准度和结构稳定性问题，同时随着频率的升高，非辐射介质波导的尺寸会减小，即影响非辐射介质波导和传统平面电路的混合集成，基片集成非辐射介质波导是将基片集成技术应用到传统非辐射介质波导而实现的平面化非辐射介质波导结构，它克服了非辐射介质波导结构上的缺陷，实现了传统非辐射介质波导的平面化，进一步在印刷电路板或金属涂层的介质板上直接实现非辐射介质波导结构被提出，选择合适的通孔位置和通孔大小尽可能减少切断表面电流从而减少辐射损耗，在此结构基础上，设计过渡电路实现微波毫米波混合多层电路，设计疏松型阵列式空气通孔实现周期性漏波天线。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基片集成非辐射介质波导漏波天线，是一种共面波导激励的基片集成非辐射介质波导周期性漏波天线，是用共面波导集成到基片集成非辐射介质波导，形成了一个三层的微波毫米波电路结构，通过非辐射介质波导通孔的设计实现漏波天线。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种基片集成非辐射介质波导漏波天线，包括顶层介质板、中间层介质板、底层介质板、顶层金属层、底层金属层，顶层介质板、中间层介质板和底层介质板同轴堆叠放置；顶层介质板的长度小于中间层介质板和底层介质板、宽度等于中间层介质板和底层介质板。

顶层金属层设置在顶层介质板的上表面，底层金属层设置在底层介质板的下表面，底层金属层与顶层金属层在底层介质板的下表面的投影重合。

中间层介质板与顶层介质板的未重叠区域，中间层介质板的上表面，从中间介质板的一个短边开始向内设置一个共面波导，其中，共面波导的中心导带沿中间介质板的长边方向对折线延伸设置，共面波导两侧的金属接地板中靠近中间层介质板短边方向对折线的边沿与顶层金属层在中间层介质板上的投影的边沿重合。

在顶层介质板、中间层介质板、底层介质板的重叠区域，沿长边方向对折线预留一条介质条带，在介质条带的两侧对称设置阵列式空气通孔，从而构成基片集成非辐射介质波导；其中，靠近共面波导的空气通孔之间的间距小于远离共面波导的空气通孔之间的间距。

中间层介质板的上表面，在共面波导靠近基片集成非辐射介质波导的一端，从共面波导的中心导带的一端向内沿介质条带设置第一三角形渐变结构，从共面波导两侧的金属接地板靠近中心导带的一侧向内沿介质条带分别设置第二、第三三角形渐变结构，以将共面波导接入基片集成非辐射介质波导；其中，第一三角形渐变结构关于长边方向对折线对称，第二、第三三角形渐变结构关于长边方向对折线对称。

底层介质板下表面，从底层金属层靠近共面波导的短边的开始，向内沿介质条带开两个梯形槽，以与中间层介质板上的第一至第三三角形渐变结构相匹配；其中，两个梯形槽关于长边方向对折线对称。

作为本发明的进一步优化方案，阵列式空气通孔的尺寸和空气通孔之间的间距根据电路的工作频率确定。

作为本发明的进一步优化方案，阵列式空气通孔的尺寸和空气通孔之间的间距根据电路的工作频率确定。

作为本发明的进一步优化方案，第一至第三三角形渐变结构位于基片集成非辐射介质波导预留的介质条带区域内。

作为本发明的进一步优化方案，从底层介质板靠近共面波导的短边开始向内开矩形槽，以稳定电路；其中，矩形槽关于长边方向对折线对称。

作为本发明的进一步优化方案，沿长边方向对折线，上述矩形槽的长度与共面波导的长度相等。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明简化了非辐射介质波导的制作工艺，有效抑制基片集成非辐射介质波导在密集型阵列式空气通孔处的泄露损耗，加强了基片集成非辐射波导在疏松型阵列式空气通孔处的泄露损耗；多层电路的集成实现了电路的平面化，简化了制作工艺的同时还减小了相应的加工成本；同时，本发明采用三层电路结构，充分利用空间，并且将共面波导从基片集成非辐射介质波导的中间接入，三角形渐变结构可以实现较好的过渡性能。同时制作工艺灵活简单，可以实现共面波导接入到基片集成非辐射介质波导三层电路，形成周期性的漏波天线，为微波毫米波段混合集成多层电路其他类型天线的设计提供依据。

附图说明

图1是本发明的三维结构图。

图2是本发明的俯视图和侧视图，其中，（a）是俯视图，（b）是侧视图。

其中，1-金属接地板；2-中心导带；3-中心导带与金属接地板之间的间隙；4-三角形渐变结构；5-梯形槽；6-周期性间距D1；7-周期性间距D2；8-矩形槽；9-顶层介质板；10-中间层介质板；11-底层介质板。

图3是顶层介质板的俯视图。

图4是中间层介质板的俯视图。

图5是中间层介质板的仰视图。

图6是底层介质板的仰视图。

图7是本发明实施例的仿真S参数图。

图8是本发明实施例的仿真方向图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明提供一种基片集成非辐射介质波导漏波天线，是一种由共面波导接入到三层基片集成非辐射介质波导构成的三层电路结构实现周期性漏波天线，如图1至6所示，其中，共面波导和基片集成非辐射介质波导集成在同一介质板上；共面波导集成在整个电路的中间层，通过三个三角形渐变结构将共面波导接入基片集成非辐射介质波导实现阻抗匹配；底层介质板开了一个矩形槽，在稳定电路的同时避免了对共面波导性能的影响；从底层金属层靠近共面波导的短边开始向内开两个梯形槽，与中间介质基板处的三个三角形渐变结构相匹配，更好的实现过渡处的阻抗匹配，两个梯形槽关于长边方向对折线对称。

基片集成非辐射介质波导是在三层介质板上实现的，其制作方法是：将三层的介质板及其上下表面的金属层作为传统非辐射介质波导的金属板，介质板的中间区域留出一条介质条带，在介质条带两侧设计一系列阵列式空气通孔，从而构成基片集成非辐射介质波导。其中，空气通孔数量由印刷电路板尺寸决定；空气通孔的直径和间距与电路工作频率相关，影响周期性漏波天线的设计。

本发明的实施例中，共面波导所在的中间层介质基板厚为0.635mm、相对介电常数为6.15；三层介质基板的总厚度为5.715mm（底层介质板厚度为2.54mm、中间层介质板为0.635mm、顶层介质板为2.54mm），相对介电常数为6.15；三角形渐变结构的长度为4.8mm，向外的宽度是3.05mm，利用三维电磁仿真软件仿真的基片集成非辐射介质波导内的磁场分布图（工作频率21GHz），如图8所示。图8表明基于印刷电路板的基片集成非辐射介质波导能够应用到毫米波段电路设计，并且可以混合集成到多层电路中；进一步，本发明提出共面波导到基片集成波导的过渡电路，可以有效实现电路的平面化和微波毫米波多层电路的混合集成，相应的仿真结果如图7所示，回波损耗降到-20dB以下的频率带宽为4GHz，说明了该过渡电路有较好的传输。

共面波导到基片集成非辐射介质波导的过渡电路充分利用空间，较少电磁干扰，利用性能较好的三角形渐变结构实现从中间接入到基片集成非辐射介质波导。基片集成非辐射介质波导中的阵列式空气通孔，靠近共面波导的部分的通孔间距小于远离共面波导的部分，间距小的阵列式空气通孔能够有效抑制电磁波在基片集成非辐射介质波导中传播的泄露损耗，间距大的阵列式空气通孔的设计使得电磁波进行周期性漏波辐射。因此，本发明为微波毫米波频段混合集成多层电路其他类型的天线设计提供依据。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。