垂直基片集成波导及包括该波导的垂直连接结构制造技术

本发明专利技术公开垂直基片集成波导及包括该波导的垂直连接结构，包括，介质基片以及附着于所述介质基片上下表面的金属层；其中，所述介质基片上下表面平行，所述介质基片内设有多个垂直于介质基片的金属化通孔，所述上下表面金属层覆盖所述金属化通孔，并刻蚀有相同且上下对应的孔缝结构，所述金属化通孔沿所述孔缝结构围成闭合结构，所述垂直基片集成波导可实现电磁能量在多层介质基片内的垂直传输。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种集成于介质基片的电磁波传输结构。更具体地，涉及垂直基片集成波导及包括该波导的垂直连接结构。
技术介绍
传输线作为电磁能量的传输结构，是微波毫米波电路系统中的重要组成部分。各类金属波导作为传输线结构之一，在微波毫米波频段具有传输损耗低、基本无电磁能量漏泄的优点。然而，随着工作频率的升高，金属波导的结构尺寸将越来越小，由此导致金属波导对于机械加工精度的要求不断提高，加工难度和成本也会相应增加。另一方面，包括微带线、带状线在内的多种平面传输线结构具有可集成于介质基片、易于加工实现的优点，但在毫米波频段具有相对较大的传输损耗。与以上两类传输线结构相比，基片集成波导具有易于加工制造、可集成于介质基片的优点，且具有与金属波导结构相类似的工作特性，近年来已广泛用于微波毫米波器件和系统的研究设计中。目前已有的各类基片集成波导传输结构均集成于一层或几层介质基片内，使得电磁能量在基片集成波导内沿着与介质基片平行的方向传播，而采用已有基片集成波导结构，难以实现电磁能量在与介质基片垂直的方向上的传输，因而不能方便地连接位于不同介质基片层内的电路器件结构。因此，需要提供一种垂直基片集成波导。目前已有的各类基片集成波导传输结构均集成于一层或几层介质基片内，使得电磁能量在基片集成波导内沿着与介质基片平行的方向传播，而采用已有基片集成波导结构，难以实现电磁能量在与介质基片垂直的方向上的传输，因而不能方便地连接位于不同介质基片层内的电路器件结构。在由微带线、共面波导等平面传输线结构构成的多层器件和电路中，通常采用金属过孔或耦合缝隙等结构来实现不同层间的垂直连接。然而由于基片集成波导所具有的波导工作模式，采用金属过孔作为不同层内基片集成波导器件或电路间的垂直连接结构，将存在不易于集成实现、工作带宽较窄等问题，而采用缝隙耦合的方法又仅限于相邻层间的垂直连接。因此需要提供一种适用于多层基片集成波导器件和电路中任意层间垂直
连接的结构。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种垂直基片集成波导，以实现电磁能量在与介质基片垂直的方向上的传输。本专利技术的另一个目的在于提供一种包括该波导的垂直连接结构，以实现不同层间波导的垂直连接。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：垂直基片集成波导，包括，介质基片1以及附着于所述介质基片1上下表面的金属层2；其中，所述介质基片1上下表面平行；所述介质基片1内设有多个垂直于介质基片1的金属化通孔4，所述金属化通孔4围成闭合结构。所述上下表面金属层2至少覆盖所述金属化通孔4，并在所述金属化通孔4围成闭合结构范围内刻蚀有上下对应的孔缝结构3；所述介质基片1和金属层2构成单层垂直基片集成波导。优选的，所述集成波导包括，n个上下重叠放置的单层垂直基片集成波导，所述n个上下重叠放置的单层垂直基片集成波导的孔缝结构3相互对应；其中，n>1且为正整数。优选的，所述金属层2覆盖所述介质基片1上下表面。优选的，所述介质基片1厚度不大于四分之一介质波长，相对介电常数不大于20，上下表面面积大于垂直于所述介质基片的切面面积。优选的，所述金属层2厚度不大于0.15mm。优选的，所述金属层2为铜。优选的，所述孔缝结构3为圆形孔、椭圆形孔或等多边形孔且孔缝结构3的尺寸保证垂直基片波导在所需工作频带内不处于截止状态。优选的，所述金属化通孔4的直径小于二十分之一介质波长，金属化通孔4孔间距小于十分之一介质波长。带有如上所述垂直基片集成波导的垂直连接结构，还包括，第一水平基片集成波导和第二水平基片集成波导；所述水平基片集成波导包括水平介质基片5、附着于所述水平介质基片5上下表面的水平波导金属层6以及两排平行设置的水平波导金属化通孔7；其中，所述水平介质基片5一端还设置有短路金属化通孔8，所述短路金属化通孔8将所述水平基片集成波导一端短路，所述水平介质基片5另一端作为水平基片集成波导输入或输出端；所述上下表面水平波导金属层6中的一层刻蚀有水平波导孔缝结构9，所述水平波导孔缝结构9位于两排平行设置的金属化通孔7和短路金属化通孔8围成的范围内；所述垂直基片集成波导设置于第一水平基片集成波导上，所述第一水平基片集成波导上设有孔缝结构9的水平波导金属层6与所述垂直基片集成波导相连，且两者孔缝结构9相互匹配；所述第二水平基片集成波导设置于所述垂直基片集成波导上，所述第二水平基片集成波导上设有孔缝结构9的水平波导金属层6与所述垂直基片集成波导相连，且两者的孔缝结构9相互匹配。优选的，所述第一和第二水平基片集成波导的输入或输出端设置在所述水平垂直集成波导的同一侧或两侧。本专利技术的有益效果如下：1、可实现电磁能量在多层介质基片内的垂直传输。2、可实现位于任意不同介质基片层内的基片集成波导电路器件间的相互连接。3、结构紧凑，集成度高，在各层介质基片内占用的面积较小。4、易于加工实现，整个基片集成波导结构由金属层和集成于各基片内的金属化通孔共同实现。5、具有良好的传输带宽和低损耗特性。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1示出本专利技术所述具有9层结构的垂直基片集成波导结构图。图2示出本专利技术所述垂直基片集成波导单层结构图。图3示出本专利技术所述垂直基片集成波导单层侧面剖视图。图4示出本专利技术所述垂直基片集成波导孔缝结构形状示意图。图5示出本专利技术所述垂直基片集成波导内电场分布设计结果。图6示出本专利技术所述垂直基片集成波导的S参数设计结果。图7示出本专利技术所述垂直连接结构的分层结构图。图8示出本专利技术所述垂直连接结构的三维结构图。图9示出本专利技术所述垂直连接结构的S参数设计结果。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。·垂直基片集成波导本专利技术所述垂直基片集成波导，包括介质基片1以及附着于所述介质基片1上下表面的金属层2；其中，所述介质基片1上下表面平行；所述介质基片1内设有多个垂直于介质基片1的金属化通孔4；所述上下表面金属层2覆盖所述金属化通孔4，并刻蚀有相同且上下对应的孔缝结构3；所述金属化通孔4沿所述孔缝结构3围成闭合结构。所述介质基片1和金属层2构成单片垂直基片集成波导。此外，所述垂直基片集成波导还可以由n个所述单片垂直基片集成波导组成，所述n个单片垂直基片集成波导上下重叠放置；其中，n为正整数，相邻的介质基片1共用一个金属层2。所述介质基片1上下表面面积和所述金属层2面积可以相同，也可以不同。所述介质基片1厚度不大于四分之一介质波长，相对介电常数不大于20，面积大于所述垂直基片集成波导的垂直于所述介质基片的竖直横截面积。所述金属层2厚度不大于0.15mm，材质为铜或金，也可以为其他金属。所述孔缝结构3为圆形孔、椭圆形孔或等多边形孔且其尺寸应保证垂直基片波导在所需工作频带内不处于截止状态。所述金属化通孔4的直径小于二十分之一介质波长，金属化通孔4孔间距小于十分之一介质波长。如图1所示，当n为9时，即所述垂直基片集成波导包括9层上下平行重叠放置的介质基片1以及10层附着于所述介质基片1上下表面的金属层2，并且所述金属层2面积和所述介质本文档来自技高网...

【技术保护点】
垂直基片集成波导，其特征在于，包括，介质基片(1)以及附着于所述介质基片(1)上下表面的金属层(2)；其中，所述介质基片(1)上下表面平行；所述介质基片(1)内设有多个垂直于介质基片(1)的金属化通孔(4)，所述金属化通孔(4)围成闭合结构。所述上下表面金属层(2)至少覆盖所述金属化通孔(4)，并在所述金属化通孔(4)围成闭合结构范围内刻蚀有上下对应的孔缝结构(3)；所述介质基片(1)和金属层(2)构成单层垂直基片集成波导。

【技术特征摘要】
1.垂直基片集成波导，其特征在于，包括，介质基片(1)以及附着于所述介质基片(1)上下表面的金属层(2)；其中，所述介质基片(1)上下表面平行；所述介质基片(1)内设有多个垂直于介质基片(1)的金属化通孔(4)，所述金属化通孔(4)围成闭合结构。所述上下表面金属层(2)至少覆盖所述金属化通孔(4)，并在所述金属化通孔(4)围成闭合结构范围内刻蚀有上下对应的孔缝结构(3)；所述介质基片(1)和金属层(2)构成单层垂直基片集成波导。2.根据权利要求1所述集成波导，其特征在于，所述集成波导包括，n个上下重叠放置的单层垂直基片集成波导，所述n个上下重叠放置的单层垂直基片集成波导的孔缝结构(3)相互对应；其中，n>1且为正整数。3.根据权利要求1所述集成波导，其特征在于，所述金属层(2)覆盖所述介质基片(1)上下表面。4.根据权利要求1所述集成波导，其特征在于，所述介质基片(1)厚度不大于四分之一介质波长，相对介电常数不大于20，上下表面面积大于垂直于所述介质基片的切面面积。5.根据权利要求1所述集成波导，其特征在于，所述金属层(2)厚度不大于0.15mm。6.根据权利要求5所述集成波导，其特征在于，所述金属层(2)为铜。7.根据权利要求1所述集成波导，其特征在于，所述孔缝结构(3)为圆形孔、椭圆形孔或等多边形孔且孔缝结构(3)的尺寸保证垂直基片波导在所需工作频带内不处于截止状态。8.根据权利要求1所述集成波...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雨键，王均宏，陈美娥，张展，李铮，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11