基片集成波导传输结构、天线结构及连接方法技术

本发明专利技术公开了一种基片集成波导传输结构、天线结构及连接方法，其中基片集成波导传输结构包括三个金属层和一排第一信号割断结构，三个金属层从上至下分别为顶层金属层、中间金属层和底层金属层；所述第一信号割断结构起始于顶层金属层，终止于中间金属层；在所述第一信号割断结构一侧的中间金属层和底层金属层之间形成用于连接低剖面基片集成波导的第一端口，在所述第一信号割断结构另一侧的顶层金属层和底层金属层之间形成用于连接高剖面基片集成波导的第二端口。本发明专利技术提出的传输结构解决了板级高剖面基片集成波导器件与射频芯片互连的问题，具有低成本，小尺寸，能够板级集成等优势。

Substrate integrated waveguide transmission structure, antenna structure and connection method

The invention discloses a transmission structure, antenna structure and connection method of a substrate integrated waveguide, in which the substrate integrated waveguide transmission structure comprises three metal layers and a row of first signal cutting structures, three metal layers from top to bottom are the top metal layer, the middle metal layer and the bottom metal layer, respectively. The structure starts at the top metal layer and ends at the middle metal layer; a first port for connecting the low profile substrate integrated waveguide is formed between the middle metal layer on one side of the first signal cutting structure and the bottom metal layer, and between the top metal layer and the bottom metal layer on the other side of the first signal cutting structure. Connect the second port of the high profile substrate integrated waveguide. The transmission structure of the invention solves the problem of interconnection between board-level high profile substrate integrated waveguide devices and radio frequency chips, and has the advantages of low cost, small size, board-level integration, etc.

【技术实现步骤摘要】
基片集成波导传输结构、天线结构及连接方法
本专利技术涉及电子、微波射频、雷达等领域，尤其涉及一种不同剖面高度的基片集成波导之间的传输结构、天线结构及连接方法。
技术介绍
基片集成波导（substrateintegratedwaveguide，SIW）是一种可以集成于介质基片中的新型导波结构，这种结构在介质基片中按一定间隔排列多个金属化通孔成为波导光滑侧壁的替代结构，从而与上下表面金属围成一个准封闭的导波结构，保持了金属波导的低插损、高功率容量等特点。基片集成波导已经被成功的用于设计多种微波结构，如基片集成波导天线、滤波器、双工器、功分器等。基片集成波导属于减高波导（高度相比于其宽度低了很多，传统金属波导一般高度为波导宽度的一半），采用剖面高的介质基片制作SIW一方面有利于提高其功率容量，另一方面，有利于提高基于此设计的天线的阻抗带宽、增益等性能。在实际射频系统中，芯片往往需要放置于低剖面的介质基片之上，这是因为，芯片管脚一般通过微带线或共面波导与其它部分电路相连，芯片的相邻管脚之间的间距一般较小，因此需要与其连接的信号线不能太宽；对于特征阻抗为50欧姆的微带线和共面波导，基片越薄，信号线将越细。基于以上事实，一般而言，基于高剖面基片集成波导设计的天线或者其他器件很难直接通过位于同一基片上的微带线或共面波导引出来与射频芯片相连，而如果降低基片集成波导的宽度，势必对天线等相关器件的性能产生不利的影响。因此解决芯片与高剖面电路板互连的问题显得十分迫切并且有意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是：提出一种传输结构解决板级高剖面基片集成波导器件与射频芯片互连的问题，且本方案具有低成本，小尺寸，能够板级集成等优势。为了实现上述目的，本专利技术技术方案是这样实现的：一种基片集成波导传输结构，其特征在于：包括三个金属层和一排第一信号割断结构，三个金属层从上至下分别为顶层金属层、中间金属层和底层金属层；所述第一信号割断结构起始于顶层金属层，终止于中间金属层；在所述第一信号割断结构一侧的中间金属层和底层金属层之间形成用于连接低剖面基片集成波导的第一端口，在所述第一信号割断结构另一侧的顶层金属层和底层金属层之间形成用于连接高剖面基片集成波导的第二端口。在所述第一端口连接有低剖面基片集成波导传输线，所述低剖面基片集成波导传输线包括底层金属层、中间金属层、两个金属层之间的介质和穿过这两层金属的两排平行的第二信号割断结构，所述第二信号割断结构的排列方向与所述第一信号割断结构的排列方向垂直；在所述第二端口连接有高剖面基片集成波导传输线，所述高剖面基片集成波导传输线包括底层金属层，顶层金属层，两个金属层之间的介质和穿过这两层金属的两排平行的第三信号割断结构，所述第三信号割断结构的排列方向与所述第一信号割断结构的排列方向垂直。所述高剖面基片集成波导传输线还包括第四信号割断结构，所述第四信号割断结构对称分布在两排第三信号割断结构中心线的两侧，所述第四信号割断结构始于第一信号割断结构，且离第一信号割断结构越远，第四信号割断结构分布离对称轴越远。所述第一信号割断结构为金属化孔或金属化槽。所述第二信号割断结构为金属化孔或金属化槽；所述第三信号割断结构为金属化孔或金属化槽。所述第四信号割断结构为金属化孔或金属化槽。所述传输结构通过多层印制电路板工艺实现，在多层印制电路板工艺下，整个多层结构从上至下分别为顶层金属层，第一层介质基片，中间金属层，粘贴片，第二层介质基片，底层金属，且构成低剖面基片集成波导的第二信号割断结构和高剖面基片集成波导的第三信号割断结构均为穿透整个电路结构的金属化通孔或槽；所述第一信号割断结构为顶部起于顶层金属层，底部止于中间金属层的盲孔或槽。一种能直接与射频芯片进行板级集成的基片集成波导缝隙阵列天线结构，其特征在于，包括天线输入端和天线辐射端；所述天线输入端口采用低剖面基片集成波导；天线辐射端采用高剖面基片集成波导，所述高剖面基片集成波导的端部短路且顶部开设矩形槽；低剖面基片集成波导与和高剖面基片集成波导之间采用上述任一所述的传输结构进行连接。相邻矩形槽中心之间沿槽方向的间距为半个导波波长，相邻矩形槽交错位列于高剖面基片集成波导中心线的两侧。一种基片集成波导缝隙阵列天线结构与射频芯片的连接方法，其特征在于，低剖面基片集成波导采用基片集成波导到微带传输线或基片集成波导到共面波导的过渡结构过渡到五十欧姆微带线或者共面波导，然后与射频芯片直接集成在电路板上。与现有技术相比，本专利技术的技术效果是：1、因为射频芯片需要表贴于低剖面的介质基片之上，以保证能与其管脚直接相连的信号线宽度满足管脚件的尺寸限制，本专利技术给出的传输结构实现了高低剖面基片集成波导的过渡，能够解决板级高剖面基片集成波导器件与射频芯片互连的问题，且本方案具有低成本，小尺寸，能够板级集成等优势。2、“对称分布在两排第三金属化孔中心线的两侧的第四金属化孔”能够对交界面处的不连续性进行补偿，从而有效改善低剖面基片集成波导和高剖面基片集成波导交界面（也就是第一金属化孔）处由于剖面的突然变化导致的信号不连续性的影响。附图说明图1为本专利技术涉及的不同剖面高度的基片集成波导之间的传输结构示意图；图2为本专利技术涉及的不同剖面高度的基片集成波导之间的传输结构层次示意图；图3为本专利技术涉及的基于PCB工艺制作的不同剖面高度的基片集成波导之间的传输结构示意图；图4为本专利技术涉及的一种能直接与射频芯片进行板级集成的基片集成波导缝隙阵列天线结构示意图；图5为本专利技术涉及的不同剖面高度的基片集成波导之间的传输结构的一个事例仿真结果。图6为本专利技术涉及的一种能直接与射频芯片进行板级集成的基片集成波导缝隙阵列天线结构的一个事例|S11|仿真结果。图7为本专利技术涉及的一种能直接与射频芯片进行板级集成的基片集成波导缝隙阵列天线结构的一个事例E面方向图仿真结果。图8为本专利技术涉及的一种能直接与射频芯片进行板级集成的基片集成波导缝隙阵列天线结构的一个事例H面方向图仿真结果。其中：1、低剖面基片集成波导传输线；2、转接结构；3、高剖面基片集成波导传输线；4、顶层金属层；5、中间金属层；6、底层金属层；7-10、金属化孔；11、分界面；12、金属化孔；13、第一层介质基片；14、粘贴片；15、第二层介质基片；16、缝隙阵列天线；17、矩形槽；18、基片集成波导到微带传输线的过渡结构；19、五十欧姆微带线；20、对称轴。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进一步的详细描述：如附图1和附图2所示，本专利技术基片集成波导转接结构2，同于连接两个高低不同剖面的基片集成波导，包括三个金属层和一排金属化孔12（金属化孔12的侧视结构如图2所示），三个金属层从上至下分别为顶层金属层4，中间金属层5和底层金属层6，金属化孔12起始于顶层金属层4，终止于中间金属层5。在金属化孔12的两侧形成两个端口，一个端口位于中间金属层5和底层金属层6之间，是低剖面基片集成波导结构，与低剖面基片集成波导传输线1相连；一个端口位于上层金属层4和底层金属层6之间，是高剖面基片集成波导结构，与高剖面基片集成波导传输线3相连。低剖面基片集成波导传输线1与高剖面基片集成波导传输线3平行，中间金属层5在只存在于整个电路板中低剖面基片集成波导这一侧（即低剖面基片集成波导传输线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基片集成波导传输结构，其特征在于：包括三个金属层和一排第一信号割断结构，三个金属层从上至下分别为顶层金属层、中间金属层和底层金属层；所述第一信号割断结构起始于顶层金属层，终止于中间金属层；在所述第一信号割断结构一侧的中间金属层和底层金属层之间形成用于连接低剖面基片集成波导的第一端口，在所述第一信号割断结构另一侧的顶层金属层和底层金属层之间形成用于连接高剖面基片集成波导的第二端口。

【技术特征摘要】
1.一种基片集成波导传输结构，其特征在于：包括三个金属层和一排第一信号割断结构，三个金属层从上至下分别为顶层金属层、中间金属层和底层金属层；所述第一信号割断结构起始于顶层金属层，终止于中间金属层；在所述第一信号割断结构一侧的中间金属层和底层金属层之间形成用于连接低剖面基片集成波导的第一端口，在所述第一信号割断结构另一侧的顶层金属层和底层金属层之间形成用于连接高剖面基片集成波导的第二端口。2.根据权利要求1所述的基片集成波导传输结构，其特征在于：在所述第一端口连接有低剖面基片集成波导传输线，所述低剖面基片集成波导传输线包括底层金属层、中间金属层、两个金属层之间的介质和穿过这两层金属的两排平行的第二信号割断结构，所述第二信号割断结构的排列方向与所述第一信号割断结构的排列方向垂直；在所述第二端口连接有高剖面基片集成波导传输线，所述高剖面基片集成波导传输线包括底层金属层，顶层金属层，两个金属层之间的介质和穿过这两层金属的两排平行的第三信号割断结构，所述第三信号割断结构的排列方向与所述第一信号割断结构的排列方向垂直。3.根据权利要求2所述的基片集成波导传输结构，其特征在于：所述高剖面基片集成波导传输线还包括第四信号割断结构，所述第四信号割断结构对称分布在两排第三信号割断结构中心线的两侧，所述第四信号割断结构始于第一信号割断结构，且离第一信号割断结构越远，第四信号割断结构分布离对称轴越远。4.根据权利要求1所述的基片集成波导传输结构，其特征在于：所述第一信号割断结构为金属化孔或金属化槽。5.根据权利要求2所述的基片集成波导传输结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪伟，徐俊，张慧，
申请(专利权)人：东南大学，南京隼眼电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32