基于集总参数电感加载的慢波基片集成波导制造技术

本发明专利技术公开了一种基于集总参数电感加载的慢波基片集成波导，包括介质基板，所述介质基板的上下两个面为金属层且两侧设置有金属化通孔，所述介质基板上表面的金属层上设置有孔结构，所述孔结构内设置有连接金属层的电感网络，其在基片集成波导的一金属面上加载电感的方式得到一种人造材料，将此材料作为SIW的基片，产生慢波效应，同时有效降低了尺寸，实现了在工作带宽内满足截止频率、插入损耗等要求时，显著降低基片集成波导尺寸的效果；且通过调节电感值，可有效的调节相速度和本征阻抗，为SIW设计带来新的自由度。

A wavelet base integrated waveguide based on lumped parameter inductive loading

The invention discloses a slow wave substrate integrated waveguide lumped inductor based on load, includes a dielectric substrate, the substrate on the two surface is a metal layer and through holes are arranged at both sides of the metal, the dielectric substrate arranged on the metal layer on the surface of the pore structure, pore structure the inductor is arranged in the network connection of the metal layer, the load on a metal surface of substrate integrated waveguide inductance on the way to get an artificial material, this material as the substrate of SIW, slow wave effect, and can effectively reduce the size, can meet the cut-off frequency, insertion loss in bandwidth requirements when the substrate integrated waveguide significantly reduced the size of the effect; and by adjusting the inductance value, can effectively regulate the phase velocity and the intrinsic impedance, SIW design brings new degrees of freedom.

【技术实现步骤摘要】
基于集总参数电感加载的慢波基片集成波导
本专利技术涉及基片集成波导领域，具体涉及一种基于集总参数电感加载的慢波基片集成波导。
技术介绍
基片集成波导即SubstrateIntegratedWaveguide，简称SIW。基片集成波导技术，是指通过在上下底面为金属面的低损耗介质基片两侧，利用PCB工艺加工出金属化通孔阵列来实现的一种导波结构，金属面一般为敷铜。SIW可以等效于传统的介质填充波导。介质基片的上下底面可以看作是传统金属矩形波导的上下宽边；当两相邻金属化通孔之间的距离S小于传导波长的五分之一且S＜4d时，d为通孔直径，可以忽略孔间辐射损耗，类似于传统金属矩形波导的宽边。在理想情况下，电磁波被完全束缚于上下金属层和两侧金属化通孔之间的介质中传播，其传输特性也与金属矩形波导非常相似，传播主模为TE10模。基片集成波导技术的概念起源于上世纪末。1994年，日本学者F.Shigeki提出了一种称为“波导线”的结构，可以看作是SIW概念的萌芽。1995年，K.A.Zaki等在低温共烧陶瓷(LowTemperatureCo-firedCeramic,LTCC)上利用金属化通孔实现了滤波器。当时虽然没有提出SIW的概念，但其形式与现在使用的SIW结构一样。1998年，Hirokawa和Uchimura分别提出了一种由两排金属化通孔阵列形成的结构，该结构可以用来实现介质填充矩形波导的功能。在此基础上，从2000年开始，加拿大蒙特利尔大学的吴柯教授系统阐述了平面与非平面电路之间的集成问题，分析了未来发展趋势，并提出了基片集成波导的概念。其后，吴柯教授与东南大学洪伟教授及其科研团队对基片集成波导的性质进行了详细的研究并设计出一系列基于基片集成波导的微波元器件。基片集成波导可以非常容易地与平面结构相结合，这为基片集成电路的研究开辟了新的领域。并且，通过与LTCC和微机械加工技术的结合，可使得集成度更高。SIW既很好地保持了传统金属波导的优点：高Q值和高功率容量，又易于与各种平面结构如微带线、共面波导等集成。基片集成波导已广泛地运用于微波毫米波电路系统及微波元器件的设计，如微波滤波器、天线、定向耦合器、功分器、移相器、功率合成器等。然而，传统基片集成波导仍然存在以下几个方面的问题：一、受固有尺寸的限制，SIW在更低频率下紧凑性仍然无法满足当今微波毫米波器件小型化的需求。与矩形波导类似，在较低射频频段内，SIW结构的缺点是紧凑性和工作带宽。因此，如何做到SIW有效小型化而不丧失良好的传导特性成为SIW在较低频段内广泛应用的瓶颈。二、由于SIW结构单一，其传播相速度等传导特性仅与基片材料和SIW等效宽度相关。一旦基片选材和波导尺寸受限，其传导特性就不能二次调节，设计自由度较低。因此寻求一种既保留了传统SIW天生优势，又能带来新的设计自由度的改进型SIW结构成为SIW的重要研究发展方向。三、传统SIW的本征阻抗同样受限于固有的基片电参数和波导尺寸，缺乏可独立调节的自由度，因此匹配问题一直难以通过通用的手段解决。同样，寻求一种可以自由调节本征阻抗的新型SIW成为科学研究和工程应用的新热点。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术问题提供一种基于集总参数电感加载的慢波基片集成波导。本专利技术通过下述技术方案实现：基于集总参数电感加载的慢波基片集成波导，包括介质基板，所述介质基板的上下两个面为金属层且两侧设置有金属化通孔，所述介质基板上表面的金属层上设置有孔结构，所述孔结构内设置有连接金属层的电感网络，电感网络构成加载电感，使介质基板上表面金属层整体达到电气连接。介质基板的上表面为电感加载平面，下表面为非加载平面。该结构的基片集成波导，通过加载电感的方式，得到一种人造材料，将此材料作为SIW的基片，产生慢波效应，同时有效降低了尺寸，实现了在工作带宽内满足截止频率、插入损耗等要求时，显著降低基片集成波导尺寸的效果。通过调节电感值，可有效的调节相速度，为SIW设计带来新的自由度。且在SIW上表面金属层加载阻抗的方法，能够有效地改变SIW的本征阻抗，可以作为一种在不改变结构的基础上人为影响SIW本征阻抗的新手段。利用本方案的结构，可以降低SIW的截止频率，在相同结构尺寸情况下，不仅可以工作在传统SIW的频段，由于截止频率的降低，也可以工作在更低的频段内，相当于变相拓宽了工作带宽。作为优选，为了增强其慢波效应，所述电感网络包括多排横向电感网络和/或多排纵向电感网络，每排横向电感网络和每排纵向电感网络均包含多个电感，每排横向电感网络的两个相邻电感之间、每排纵向电感网络的两个相连电感之间通过微带节点连接。微带节点主要起到连接相邻电感和导通电流提供焊盘的作用，另外还起到分隔横纵向加载影响的作用；采用十字形微带节点既兼顾了横向纵向加载量的分离，相比于其他结构的微带节点又不至于占用太多空间导致有效加载面积降低。由于集总参数元件的电感效应，通过合理大小的十字形微带节点将其相互连接，才能使整个加载网络的横向电感加载量和纵向电感加载量均处于可调谐的情况。进一步的，所述电感为集总参数贴片电感。集总参数贴片电感即电感满足d<<λ条件，其中d为元件尺寸，λ为工作信号波长。采用集总参数元器件，作为一种慢波加载手段的研究思路。集总参数电感器件，购买和选型都比较方便，其电感值也是量化的且调整幅度比较大，在本申请中讨论其不同电感值加载对慢波情况的影响时更为直观。进一步的，所述微带节点包括横向连接层和与横向连接层相交的纵向连接层。采用该结构的微带节点，当同时设置多排横向电感网络和多排纵向电感网络时，微带节点的四个端口既可对每排横向电感网络的电感起连接作用，也可对每排纵向电感网络的电感起连接作用。且采用该结构的微带节点，减小了微带节点即微带线的电阻。采用十字形微带节点既兼顾了横向纵向加载量的分离，相比于其他结构的微带节点又不至于占用太多空间导致有效加载面积降低。圆形方形金属片或者不相垂直的十字形或者其他形状均可，但效果不如十字形。进一步的，当仅设置多排横向电感网络或多排纵向电感网络时，所述微带节点为一字形，所述电感连接在相连两个微带节点的端口之间和微带节点的端口和金属层之间。进一步的，所述微带节点上连接有接地电容。作为优选，所述金属层的厚度为35μm。本专利技术与现有技术相比，至少具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术通过在基片集成波导的一金属面上加载电感的方式得到一种人造材料，将此材料作为SIW的基片，等效于增大了介质的磁导率，产生慢波效应，实现了在工作带宽内满足截止频率、插入损耗等要求时，显著降低基片集成波导尺寸的效果。2、本专利技术提出了一种张量型基片集成波导的设计方法，通过横向和纵向加载不同电感值元件，能够实现对介质材料等效介电常数张量和等效磁导率张量各分量的分离调控，从而获得分别控制导波相速度和导波截止频率的效果。3、本专利技术提出的基于集总参数电感加载的理论分析模型和理论计算方法，为构建各向异性人造材料的探索提出了新的理论依据和实现方法。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为本专利技术结构示意图。图2是图1的尺寸标示图。图3是基于传输线的等效电路模型。图4是图3中虚线框中电路等本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于集总参数电感加载的慢波基片集成波导，包括介质基板(1)，所述介质基板(1)的上下两个面为金属层(2)且两侧设置有金属化通孔(3)，其特征在于：所述介质基板(1)上表面的金属层上设置有孔结构，所述孔结构内设置有连接金属层的电感网络。

【技术特征摘要】
1.基于集总参数电感加载的慢波基片集成波导，包括介质基板(1)，所述介质基板(1)的上下两个面为金属层(2)且两侧设置有金属化通孔(3)，其特征在于：所述介质基板(1)上表面的金属层上设置有孔结构，所述孔结构内设置有连接金属层的电感网络。2.根据权利要求1所述的基于集总参数电感加载的慢波基片集成波导，其特征在于：所述电感网络包括多排横向电感网络和/或多排纵向电感网络，每排横向电感网络和每排纵向电感网络均包含多个电感(4)，每排横向电感网络的两个相邻电感(4)之间、每排纵向电感网络的两个相连电感(4)之间通过微带节点(5)连接。3.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：金海焱，周瑜亮，廖丹，黄永茂，金海陆，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51