一种新型宽阻带电磁带隙封装屏蔽盒制造技术

本发明专利技术涉及电磁带隙封装屏蔽盒技术领域，公开了一种新型宽阻带电磁带隙封装屏蔽盒。该发明专利技术由倒置雨伞型EBG结构周期单元构成，倒置雨伞型结构与屏蔽金属盒盖的下表面相连接，在倒置雨伞型结构下方放置测试用的微波电路，衬底采用相对介电常数为4.4、损耗角正切为0.02的树脂材料（代号为FR4），衬底厚度hs＝0.5mm。该发明专利技术具有在保证阻带带宽没有明显恶化的情况下，缩小了周期单元的电尺寸的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电磁带隙封装屏蔽盒
，更具体地说，特别涉及一种新型宽阻带电磁带隙封装屏蔽盒。
技术介绍
近几年来，随着微波集成电路生产工艺的不断进步，许多复杂的微波、毫米波电路模块组件被开发出来，以适应国防军事和空间探测的需求。近年来，大量新兴民用技术的出现也进一步促进了微波、毫米波电路的发展。由于多数微波、毫米波电路模块处于户外工作环境，容易受到恶劣自然环境的影响，所以一般情况下，需要对其进行封装；并且，封装还可以屏蔽内部的电路模块与外界环境之间的电磁干扰。一般的封装方法是将电路模块直接固定在金属屏蔽盒中，在金属屏蔽盒内部利用金属壁划分几个独立的隔离区域，即构成几个小型金属腔，并在这些小型金属腔区域的屏蔽盒盖下表面贴附吸波材料以抑制高Q值的腔体谐振模式。除此以外，在一些场强过大的区域，还需要额外地加载短路过孔，以抑制通过衬底泄漏的电磁能量。但这种封装方法通常需要根据实际的电路模块进行区域划分，而且对每个区域中吸波材料的位置和厚度要进行多次调试，导致产品研发周期加长、成本提高。有时候，即使使用了吸波材料也不能达到十分理想的隔离效果，而且还会在高频引入较大的额外损耗。电磁带隙(ElectromagneticBandgap，EBG)结构是从光子带隙(PhotonicBandgap，PBG)演变而来的，主要应用于微波、毫米波频段。其主要特点是具有阻带特性，即在特定频率范围内不支持电磁波的传播，因而被广泛应用于电源地噪声抑制、共模抑制、天线阵单元之间的表面波抑制，以及基于EBG的新兴封装技术等方面。现有技术EBG封装技术，是在厚的金属屏蔽盒盖上挖出空气洞阵列，构成EBG结构，用来抑制封装屏蔽盒内的腔体噪声，但该结构的阻带带宽还有待提高。另一现有技术在缝隙波导概念的基础上提出了缝隙波导封装技术，该技术利用理想电壁和理想磁壁之间不支持电磁波传播的原理，通过在常规封装屏蔽盒盖的下表面周期性地加载四分之一波长的金属柱，将其等效为理想磁壁，从而达到抑制封装屏蔽盒腔体噪声的目的，本质上也是一种EBG封装技术。然而，该结构在低频噪声抑制时需要加载长度较长的金属柱(约为四分之一导波波长)，导致封装的体积较大，不利于实际工程应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型宽阻带电磁带隙封装屏蔽盒，该封装屏蔽盒具有小型化(0.184λ0×0.184λ0×0.159λ0)和宽阻带(相对带宽85.7％)的特性。一种新型宽阻带电磁带隙封装屏蔽盒，由倒置雨伞型EBG结构周期单元构成。倒置雨伞型EBG结构周期单元由垂直金属柱和正方形金属板构成。正方形金属板四周弯曲以达到增加电容Cg的目的，从而降低截止频率。四周弯曲后的EBG也称之为倒置雨伞型EBG结构。该倒置雨伞型结构与屏蔽金属盒盖的下表面相连接，在倒置雨伞型结构下方放置测试用的微波电路，衬底采用相对介电常数为4.4、损耗角正切为0.02的树脂材料(代号为FR4)，衬底厚度hs＝0.5mm。相关几何结构参数为d、w1、w、s、t、p、h、d'，其中，d为垂直金属柱的高度，w1为垂直金属柱方形截面的宽度，w和s分别为正方形金属板的厚度和边长，t为正方形金属板下表面与衬底之间的间距，p为倒置雨伞型EBG结构周期单元的长度,h是弯曲壁的高度，d'为弯曲壁的厚度。如图1所示。本专利技术以(d，w1，w，s，t，p，h，d')＝(4mm,1.5mm,1mm,6mm,1mm,7.5mm，2mm，0.5mm)为例，给出了商用仿真软件CST(ComputerSimulationTechnology)计算得到的倒置雨伞型EBG结构的色散图，如图2所示，其中模式1和模式2分别为周期单元的第一个本征模和第二个本征模。图中，Γ-M-X-Γ所表示的三角形区域是上述两个EBG结构周期单元的简约布里渊区。结果显示，相比于具有相同几何结构尺寸的金属柱型EBG结构，倒置雨伞型EBG结构的阻带往低频处移动，倒置雨伞型EBG的阻带频率范围为4.2～10.5GHz，阻带的相对带宽提高至85.7％(金属柱型EBG结构的相对带宽为55.7％)；倒置雨伞型EBG结构周期单元的电尺寸为0.184λ0×0.184λ0×0.159λ0，相比于金属柱型EBG结构(0.38λ0×0.38λ0×0.32λ0)，倒置雨伞型EBG结构周期单元的电尺寸缩小了88.3％。倒置雨伞型EBG结构周期单元模式1的电场和电流分布，如图4所示。根据倒置雨伞型EBG结构周期单元的电场和电流分布，构建了如图5所示的等效电路模型。从图3(a)可以看出，电场主要分布在倒置雨伞型EBG结构周期单元的底部和正方形金属板的四周，对应于图5等效电路模型中的电容Ct和Cg；从图3(b)可以看出，电流主要分布在倒置雨伞型EBG结构周期单元内的金属板、金属柱以及和与它相连的屏蔽盒盖上，对应于图4等效电路模型中的电感Lh、Lv和Lt。除此以外，倒置雨伞型EBG周期单元四周边缘较短的平行平板可以用图5中的理想传输线来等效。图4中，传输线模型的特性阻抗Z0和相位常数β为：式中，η0为自由空间中的波阻抗(377Ω)；c为光在真空中的传波速度；ω为角频率，εeff为有效介电常数，且有：等效电路模型中其它电感电容值可以通过AnsoftQ3D软件进行提取，各个元件的提取值如表1所示。表1图5等效电路模型各参数值Z01/Ωθ/radLt/nHLV/nHCg/pFLh/nHCt/pF3174.360.411.080.0680.420.58根据x和y方向上的电压、电流所满足的周期边界条件，可以得到：AX＝0(4)式中，A为系数矩阵；X为图4等效电路中端口1、3、5、7的电压与电流分量。且有：X＝[V1V3V5V7I1I3I5I7]T(6)式中，Zi,j为图5等效电路中第i个端口和第j个端口间的阻抗矩阵，i＝1,2,3,…8，j＝1,2,3,…8；βx、βy和Px、Py分别代表倒置雨伞型EBG结构周期单元在x和y方向上的传播常数和周期；Vi和Ii是端口电压和电流。不同频率处的阻抗矩阵和传播常数可以通过商业仿真软件ADS计算得到。要得到式(4)的有效解，必须令其系数矩阵A的行列式为零，即：det(A)＝0。(7)将上述不同频率的阻抗矩阵和传播常数代入式(7)，即可得到色散关系，如图5所示。对比等效电路计算结果和CST仿真结果，两者吻合较好，它们之间的误差主要是由于图4所示的等效电路模型没有考虑电感、电容之间的相互耦合造成的。与现有技术相比，本专利技术采用倒置雨伞型EBG结构周期单元，在保证阻带带宽没有明显恶化的情况下，缩小了周期单元的电尺寸。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术所述倒置雨伞型EBG结构的周期单元。图2是本专利技术所述倒置雨伞型EBG结构的CST仿真色散图。图3是本专利技术所述倒置雨伞型EBG结构周期单元的电场和电流分布。图3(a)为电场分布，图3(b)为电流分布。图4是本专利技术所述倒置雨伞型EBG结构周期单元等效电路建模。图5是本专利技术所述倒置雨伞本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型宽阻带电磁带隙封装屏蔽盒，其特征在于：该带隙封装屏蔽盒由倒置雨伞型EBG结构周期单元构成，相关几何结构参数为，其中，为垂直金属柱的高度，为垂直金属柱方形截面的宽度，和分别为正方形金属板的厚度和边长，为正方形金属板下表面与衬底之间的间距，为倒置雨伞型 EBG 结构周期单元的长度,h是弯曲壁的高度，为弯曲壁的厚度，则（）=（4mm,1.5mm,1mm,6mm,1mm,7.5mm，2mm，0.5mm）；所述倒置雨伞型结构与屏蔽金属盒盖的下表面相连接，在倒置雨伞型结构下方放置测试用的微波电路，衬底采用相对介电常数为 4.4、损耗角正切为0.02的树脂材料，衬底厚度=0.5mm。

【技术特征摘要】
1.一种新型宽阻带电磁带隙封装屏蔽盒，其特征在于：该带隙封装屏蔽盒由倒置雨伞型EBG结构周期单元构成，相关几何结构参数为，其中，为垂直金属柱的高度，为垂直金属柱方形截面的宽度，和分别为正方形金属板的厚度和边长，为正方形金属板下表面与衬底之间的间距，为倒置雨伞型EBG结构周期单元的长度,h是...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙邹，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45