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基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装

阅读：711发布：2020-05-15

专利汇可以提供基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装，该封装微带线结构由顶层介质板（1）和底层介质板（2）两层介质板粘接而成。顶层介质板（1）的上表面印刷有金属层，并在介质板（1）上有周期性金属过孔（3）；底层介质板（2）上表面印刷有方形金属贴片（4），其上表面设有倒角微带线（7、8、9、10），其下表面印刷有接地金属层。本发明使用低成本的介质板对弯曲的微带线封装，解决了传统弯曲的微带线中存在辐射损耗、平面波和空腔谐振问题，同时具有结构简单、尺寸小、带宽宽、损耗低以及结构稳定等优点，更易于集成、组装和加工。，下面是基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装专利的具体信息内容。

权利要求

1.基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装，其特征在于，包括顶层介质板（1），底层介质板（2），其中：
a、顶层介质板（1）的上表面印刷有金属层，在顶层介质板（1）上打有周期性金属过孔（3）；
b、底层介质板（2）上表面印刷有周期性方形金属贴片（4），周期性方形金属贴片（4）位于周期性金属过孔（3）的正下方；周期性金属过孔（3）与周期性方形金属贴片（4）一起构成蘑菇形电磁带隙（EBG）结构上；介质板（2）的下表面印刷有金属层；之字形微带线（5）印刷在介质板（2）上表面，且与周期性方形金属贴片（4）无交叠；之字形微带线（5）的垂直部分微带线（6）沿Y轴方向，关于X轴对称，X轴与介质板的上下对折线重合；之字形微带线（5）的水平部分微带线（7、8）具有不同的长度，平行于X轴；在之字形微带线（5）的弯曲处设计了倒角（9、10）；在之字形微带线（5）的两端分别设有宽度不同于微带线（7、8），且具有匹配功能的微带线（13、14），使基片集成间隙波导的封装微带线的特性阻抗随频率变化保持稳定，便于集成；
c、所述基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装的两层介质板的介电常数和厚度均不同，两层介质板可通过粘接或螺丝固定在一起；
d、所述基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装的顶层介质板（1）与底层介质板（2）宽度相同，但长度不同；底层介质板（2）比顶层介质板（1）的长度略长，以裸露出一定长度的微带线，便于测试。
2.根据权利要求书1所述的基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装，其特征在于：所述的顶层介质板（1）和底层介质板（2）采用廉价的FR4或Rogers 4350B或 4003C介质板。
3.根据权利要求书1所述的基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装，其特征在于：所述的顶层介质板（1）的厚度比底层介质板（2）的厚度要厚，以减少传导损耗，降低空间辐射和表面波，获得较宽的带宽。
4.根据权利要求书1所述的基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装，其特征在于：所述的增加底层介质板（2）的厚度会降低微带线的高频截止频率；当底层介质板（2）的厚度较小时，增加底层介质板（2）的厚度将增加微带线的低频截止频率；当底层介质板（2）的厚度增加到一定程度后，随着底层介质板（2）的厚度增加，微带线的低频截止频率将不再改变。
5.根据权利要求书1所述的基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装，其特征在于：调整顶层介质板（1）和底层介质板（2）的介电常数能实现使该封装微带线的工作带宽得到改变；
增加顶层介质板（1）的介电常数，将降低微带线的高频截止频率；增加底层介质板（2）介电常数，将同时降低微带线的高频截止频率和低频截止频率。
6.根据权利要求书1所述的基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装，其特征在于：对底层介质板（2）的损耗角正切要求较高，需尽量选择损耗角正切小的介质板，但对顶层介质板（1）的损耗角正切要求不高，可选择更便宜的较大损耗的介质板，以降低成本。
7.根据权利要求书1所述的基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装，其特征在于：所述的该封装微带线结构采用了方形金属贴片（4），在相同面积（即电感相同）下，方形贴片比圆形贴片有更小的尺寸，这样可以有效减小在两个方形金属贴片（4）单元之间有更宽的间隙，从而可以更好的布置微带线。
8.根据权利要求书1所述的基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装，其特征在于：所述该封装微带线结构仅采用两层介质板构成了基片集成间隙波导结构，使该封装微带线结构采用的介质板最少化，有利于减少介质板消耗量和方便组装。
9.根据权利要求书1所述的基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装，其特征在于：所述的顶层介质板（1）分别采用两种材料与底层介质板（2）构成封装的微带线结构；顶层介质板（1）采用的第一种材料的介电常数为3.48、损耗角正切为0.004的Rogers 40350B介质材料，尺寸为26.8*27.3*1.524mm；顶层介质板（1）采用的第二种材料的介电常数为4.6、损耗角正切为0.02的FR4_epoxy介质材料，尺寸为26.8*27.3*1.6mm；底层介质板（2）采用介电常数为
3.38、损耗角正切为0.0027的Rogers 4003C介质材料，尺寸为26.8mm*32.9*0.508mm。

说明书全文

基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装

技术领域

[0001] 本发明涉及电子技术领域，具体涉及基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装。

背景技术

[0002] 弯曲的微带线是用于传输微波信号的一种传输线，其在很多领域得到了广泛使用。在微波和毫米波电路设计中，微带线的弯曲设计是不可避免的。传统弯曲的微带线存在辐射损耗、表面波和空腔谐振的问题。

[0003] 近来，基片集成间隙波导（Substrate Integrated Gap Waveguide, SIGW），有效地抑制了空间辐射和表面波。同时，由于基片集成间隙波导（SIGW）中传输的是准TEM波，当其与微带线集成时，就不存在模式转换损耗。并且，基片集成间隙波导（SIGW）使用介质板作为间隙层，保证了稳定的间隙高度，克服了间隙波导（GW）难以保证连续的空气间隙高度。

[0004] 但基于基片集成间隙波导（SIGW）技术其使用的介质板成本偏高，且对加工精度要求较高。这样，使得基片集成间隙波导（SIGW）技术的应用受到了较大的限制。

[0005] 本发明基于基片集成间隙波导（SIGW）来封装弯曲的微带线，使用两层低成本的介质板实现对弯曲的微带线的封装，同时两层介质板的组装可以通过螺丝固定，也可以通过粘接固定在一起。本发明实现了低成本对传统弯曲的微带线封装，同时可以抑制空间辐射和表面波，而且能实现高的传输性能、低成本、易组装和小尺寸的电路设计。

[0006] 本发明内容，经文献检索，未见与本发明相同的公开报道。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于克服现有技术之不足，设计出基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装。

[0008] 包括：顶层介质板（1），底层介质板（2），其中：a、顶层介质板（1）的上表面印刷有金属层，在顶层介质板（1）上打有周期性金属过孔（3）；
b、底层介质板（2）上表面印刷有周期性方形金属贴片（4），周期性方形金属贴片（4）位于周期性金属过孔（3）的正下方；周期性金属过孔（3）与周期性方形金属贴片（4）一起构成蘑菇形电磁带隙（EBG）结构上；介质板（2）的下表面印刷有金属层；之字形微带线（5）印刷在介质板（2）上表面，且与周期性方形金属贴片（4）无交叠；之字形微带线（5）的垂直部分微带线（6）沿Y轴方向，关于X轴对称，X轴与介质板的上下对折线重合；之字形微带线（5）的水平部分微带线（7、8）具有不同的长度，平行于X轴；在之字形微带线（5）的弯曲处设计了倒角（9、10）；在之字形微带线（5）的两端分别设有宽度不同于微带线（7、8），且具有匹配功能的微带线（13、14），使基片集成间隙波导的封装微带线的特性阻抗随频率变化保持稳定，便于集成；
c、所述基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装的两层介质板的介电常数和厚度均不同，两层介质板可通过粘接或螺丝固定在一起；
d、所述基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装的顶层介质板（1）与底层介质板（2）宽度相同，但长度不同；底层介质板（2）比顶层介质板（1）的长度略长，以裸露出一定长度的微带线，便于测试。

[0009] 如上所述，基于基片集成间隙波导的低成本封装弯曲的微带线顶层介质板（1）廉价的FR4介质板或Rogers 4350B，和底层介质板（2）均采用廉价的Rogers 4003C介质板。

[0010] 如上所述，基于基片集成间隙波导的低成本封装弯曲的微带线实现了对弯曲微带线的封装，使该封装技术更具有实用性。

[0011] 如上所述，基于基片集成间隙波导的低成本封装弯曲的微带线顶层介质板（1）的厚度比底层介质板（2）的厚度要厚，以减少传导损耗，降低空间辐射和表面波，获得较宽的带宽。

[0012] 如上所述，基于基片集成间隙波导的低成本封装弯曲的微带线增加底层介质板（2）的厚度会降低微带线的高频截止频率；当底层介质板（2）的厚度较小时，增加底层介质板（2）的厚度将增加微带线的低频截止频率；当底层介质板（2）的厚度增加到一定程度后，随着底层介质板（2）的厚度增加，微带线的低频截止频率将不再改变。

[0013] 如上所述的基于基片集成间隙波导的低成本封装弯曲的微带线，调整顶层介质板（1）和底层介质板（2）的介电常数能实现使该封装微带线的工作带宽得到改变；增加顶层介质板（1）的介电常数，将降低微带线的高频截止频率；增加底层介质板（2）介电常数，将同时降低微带线的高频截止频率和低频截止频率。

[0014] 如上所述，基于基片集成间隙波导的低成本封装弯曲的微带线对底层介质板（2）的损耗角正切要求较高，需尽量选择损耗角正切小的介质板，但对顶层介质板（1）的损耗角正切要求不高，可选择更便宜的较大损耗的介质板，以降低成本。

[0015] 如上所述，基于基片集成间隙波导的低成本封装弯曲的微带线采用了方形金属贴片（4），在相同面积（即电感相同）下，方形贴片比圆形贴片有更小的尺寸，这样可以有效减小在两个方形金属贴片（4）单元之间有更宽的间隙，从而可以更好的布置微带线。

[0016] 如上所述，新型基片集成间隙波导的封装微带线结构倒角（9、10）处设计有45度倒角线（11、12），选择合适的倒角线长度将有效去除微带线弯曲时的不连续性及谐振问题。

[0017] 如上所述，新型基片集成间隙波导传输准TEM模式，有利于与TEM模式的微带线的集成，降低集成时的模式转换损耗。

[0018] 如上所述，基于基片集成间隙波导的低成本封装弯曲的微带线仅采用两层介质板构成了基片集成间隙波导结构，使该封装微带线结构采用的介质板最少化，有利于减少介质板消耗量和方便组装。

[0019] 如上所述，基于基片集成间隙波导的低成本封装弯曲的微带线不同于传统间隙波导（GW）的间隙层为空气，该封装微带线结构的间隙层为底层介质板（1），从而有一个稳定的间隙高度。

[0020] 如上所述，基于基片集成间隙波导的低成本封装弯曲的微带线顶层介质板（1）和周期过孔（3）以及方形金属贴片（4）组成理想磁导体（perfect magnetic conductor，PMC）层，有效减少了空间辐射损耗，抑制了平面波，同时解决了空间谐振的问题。

[0021] 本发明与现有技术相比，具有如下优点：1、解决了传统封装微带线中辐射损耗和平面波的问题；
2、具有小尺寸，低剖面，易集成，易加工；
3、结构稳定，传输性能好；
4、具有较宽的工作频带。
附图说明

[0022] 图1为本发明低成本基片集成间隙波导的弯曲封装微带线的整体结构图。

[0023] 图2为本发明低成本基片集成间隙波导的弯曲封装微带线的顶层介质板上表面图。

[0024] 图3为本发明低成本基片集成间隙波导的弯曲封装微带线的顶层介质板下表面图。

[0025] 图4为本发明低成本基片集成间隙波导的弯曲封装微带线的底层介质板上表面图。

[0026] 图5为本发明低成本基片集成间隙波导的弯曲封装微带线的底层介质板下表面图。

[0027] 图6为本发明低成本基片集成间隙波导的弯曲封装微带线顶层介质板使用Rogers 40350B的S11和S21的测试图。

具体实施方式

[0028] 下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细说明。

[0029] 如图1-5所示，基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装，包括：顶层介质板（1），底层介质板（2），其中：a、顶层介质板（1）的上表面印刷有金属层，在顶层介质板（1）上打有周期性金属过孔（3）；
b、底层介质板（2）上表面印刷有周期性方形金属贴片（4），周期性方形金属贴片（4）位于周期性金属过孔（3）的正下方；周期性金属过孔（3）与周期性方形金属贴片（4）一起构成蘑菇形电磁带隙（EBG）结构上；介质板（2）的下表面印刷有金属层；之字形微带线（5）印刷在介质板（2）上表面，且与周期性方形金属贴片（4）无交叠；之字形微带线（5）的垂直部分微带线（6）沿Y轴方向，关于X轴对称，X轴与介质板的上下对折线重合；之字形微带线（5）的水平部分微带线（7、8）具有不同的长度，平行于X轴；在之字形微带线（5）的弯曲处设计了倒角（9、10）；在之字形微带线（5）的两端分别设有宽度不同于微带线（7、8），且具有匹配功能的微带线（13、14），使基片集成间隙波导的封装微带线的特性阻抗随频率变化保持稳定，便于集成；
c、所述基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装的两层介质板的介电常数和厚度均不同，两层介质板可通过粘接或螺丝固定在一起；
d、所述基于基片集成间隙波导弯曲微带线封装的顶层介质板（1）与底层介质板（2）宽度相同，但长度不同；底层介质板（2）比顶层介质板（1）的长度略长，以裸露出一定长度的微带线，便于测试；
如上所述，基于基片集成间隙波导的低成本封装弯曲的微带线顶层介质板（1）廉价的FR4介质板或Rogers 4350B，和底层介质板（2）均采用廉价的Rogers 4003C介质板。

[0030] 如上所述，基于基片集成间隙波导的低成本封装弯曲的微带线实现了对弯曲微带线的封装，使该封装技术更具有实用性。

[0031] 如上所述，基于基片集成间隙波导的低成本封装弯曲的微带线顶层介质板（1）的厚度比底层介质板（2）的厚度要厚，以减少传导损耗，降低空间辐射和表面波，获得较宽的带宽。

[0032] 如上所述，基于基片集成间隙波导的低成本封装弯曲的微带线增加底层介质板（2）的厚度会降低微带线的高频截止频率；当底层介质板（2）的厚度较小时，增加底层介质板（2）的厚度将增加微带线的低频截止频率；当底层介质板（2）的厚度增加到一定程度后，随着底层介质板（2）的厚度增加，微带线的低频截止频率将不再改变。

[0033] 如上所述的基于基片集成间隙波导的低成本封装弯曲的微带线，调整顶层介质板（1）和底层介质板（2）的介电常数能实现使该封装微带线的工作带宽得到改变；增加顶层介质板（1）的介电常数，将降低微带线的高频截止频率；增加底层介质板（2）介电常数，将同时降低微带线的高频截止频率和低频截止频率。

[0034] 如上所述，基于基片集成间隙波导的低成本封装弯曲的微带线对底层介质板（2）的损耗角正切要求较高，需尽量选择损耗角正切小的介质板，但对顶层介质板（1）的损耗角正切要求不高，可选择更便宜的较大损耗的介质板，以降低成本。

[0035] 如上所述，基于基片集成间隙波导的低成本封装弯曲的微带线采用了方形金属贴片（4），在相同面积（即电感相同）下，方形贴片比圆形贴片有更小的尺寸，这样可以有效减小在两个方形金属贴片（4）单元之间有更宽的间隙，从而可以更好的布置微带线。

[0036] 如上所述，新型基片集成间隙波导的封装微带线结构倒角（9、10）处设计有45度倒角线（11、12），选择合适的倒角线长度将有效去除微带线弯曲时的不连续性及谐振问题。

[0037] 如上所述，新型基片集成间隙波导传输准TEM模式，有利于与TEM模式的微带线的集成，降低集成时的模式转换损耗。

[0038] 如上所述，基于基片集成间隙波导的低成本封装弯曲的微带线仅采用两层介质板构成了基片集成间隙波导结构，使该封装微带线结构采用的介质板最少化，有利于减少介质板消耗量和方便组装。

[0039] 如上所述，基于基片集成间隙波导的低成本封装弯曲的微带线不同于传统间隙波导（GW）的间隙层为空气，该封装微带线结构的间隙层为底层介质板（1），从而有一个稳定的间隙高度。

[0040] 如上所述，基于基片集成间隙波导的低成本封装弯曲的微带线顶层介质板（1）和周期过孔（3）以及方形金属贴片（4）组成理想磁导体（perfect magnetic conductor，PMC）层，有效减少了空间辐射损耗，抑制了平面波，同时解决了空间谐振的问题。

[0041] 如上所述顶层介质板（1）分别采用两种材料与底层介质板（2）构成封装的微带线结构，顶层介质板（1）第一种材料介电常数为3.48、损耗角正切为0.004的Rogers 40350B介质材料，尺寸为26.8*27.3*1.524mm；顶层介质板（1）第二种材料介电常数为4.6、损耗角正切为0.02的FR4_epoxy介质材料，尺寸为26.8*27.3*1.6mm；底层介质板（2）采用介电常数为3.38、损耗角正切为0.0027的Rogers 4003C介质材料，尺寸为26.8mm*32.9*0.508mm。

[0042] 图6所示的是顶层介质板（1）使用Rogers 40350B介质材料的测试结果表明，在微波和毫米波频段9GHz-23GHz内，本发明的新型低成本基片集成间隙波导的封装微带线具有S11小于-12dB，部分小于-15dB的阻抗特性，S21小于-3.8dB的传输特性，部分小于-2.2dB的传输特性；该封装微带线结构是一种尺寸小、结构简单、易于组装、传输性能好的低成本基片集成间隙波导的封装微带线。

[0043] 上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

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