具有超表面的多层波导、其布置及生产方法技术

一种多层波导(1)，包括被组装成多层波导(1)的至少三个物理层(21、2a、2b、2c、

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有超表面的多层波导、其布置及生产方法


[0001]本专利技术总体上涉及具有包括电磁超表面(metasurface)的层的多层波导传输线。

技术介绍

[0002]波导在本领域中是公知的，并且是用于将电磁波从起点传送到终点的常见部件。用最一般的术语来说，波导可以是空心的金属管。
[0003]对于在开放空间中传播的波，能量随着距离而损失，降低了可能的传输距离和波的质量。因此，波导是一种适于通过在至少一个维度上限制波的扩展方向来引导波的结构。其概念是限制波，迫使它在特定的方向上传播，从而减少损耗。在理想条件下，这将导致波完全不损耗能量，然而，这种情况很少或从来没有。根据波导传输线，存在损耗和泄漏，并且波耦合到波导通道的边缘，产生能量损耗。波导的概念早已为人所知，并且被用于传输例如信号、声音或光。
[0004]同时，无线通信的使用增加，并且市场对基于这种技术的波导和天线阵列存在需求。市场的需求进一步要求紧凑和廉价的波导。
[0005]一种可用的解决方案是衬底集成波导(SIW)，该衬底集成波导(SIW)是基于印刷电路板(PCB)技术的紧凑的波导，使用通孔(via hole)连接顶层和底层。通孔是在波导的层之间延伸的孔，连接至少顶层和底层。尽管衬底集成波导存在具有成本效益的生产方法，但是由于需要高频电介质，成本随着频率的增加而增加。
[0006]另一个可用的解决方案是所谓的间隙波导技术。间隙波导通常由两部分构成，其中一部分具有形成屏障的销(pin)，该屏障防止电磁波在除预期波导方向以外的方向上传播，从而减少这种结构中的泄漏。间隙波导适于一些应用，但在尺寸上有限制，销的典型高度是波长除以2至6，即λ/2至λ/6。
[0007]专利技术概述
[0008]尽管用于紧凑的波导的技术是可用的，但是需要紧凑的部件、具有良好降低损耗和泄漏的低损耗部件。作为一个示例，SIW具有高于例如充气空心波导的相应损耗的固有插入损耗。因此，尽管它们提供了一种具有成本效益的替代方案，但仍需要其他解决方案。空心波导通常具有其他缺点，例如，磁场会穿透短的距离进入金属，从而产生泄漏，当在分割块中制造空心波导结构时，如果两层之间存在间隙，特别是如果间隙在水平方向上，则会产生大量泄漏。这是因为电磁波被严格限制，并且意味着只要穿透非常短的距离即可进入金属。
[0009]介电波导是减少泄漏的另一种选择，然而，由于例如非传播的倏逝波(evanescent wave)，对于这种波导来说，问题的特征是不同的。这也是这种波导需要层之间的高导电性水平以便减少泄漏的原因。高导电性水平显著增加了生产成本，并且在制造期间需要非常高的精度。另外，损耗一般仍高于充气波导。
[0010]间隙波导在销结构(pin texture)的设计和尺寸上都有限制，这使得它们成为有用的解决方案，但不适用于某些应用。
[0011]与波导的制造相关存在的另一个问题是，与诸如激光切割、蚀刻或化学蚀刻的其他方法相比，CNC铣削和模塑的当前水平通常在生产方法中提供不良公差。这使得生产波导结构变得困难和/或昂贵。该问题对于某些频率范围比对于其他频率范围更明显，例如，CNC铣削和模塑都是适用于60GHz以下的频率的波导的常见生产方法。在更高的E波段和D波段频率范围、71GHz至86GHz和110GHz至170GHz内，CNC铣削和模塑变得非常昂贵，因为与生产技术的工作方式相关的一切都非常小。因此，它在一些情况下是不合适的，并且在一些情况下甚至不可能实现期望的结果。
[0012]一个目的是提供一种易于生产的充气波导传输线的新的实现。
[0013]另一目的是提供一种生产具有成本效益的波导。
[0014]另一目的是提供一种可以方便地被用于天线阵列和针对天线阵列设计的波导。
[0015]另一目的是提供一种可以方便地被用于设计波导滤波器和双工器的波导。
[0016]另一目的是提供一种波导，该波导可以方便地被用于有源电子电路(即功率放大器(PA))、封装以及与诸如阵列天线的无源部件集成。
[0017]另一目的是提供一种具有低泄漏的堆叠的未被连接的层的多层波导。
[0018]另一目的是提供一种不需要层之间的流电接触(galvanic contact)来减少泄漏的多层波导。
[0019]本专利技术的另一目的是提供一种不需要层之间的连接性来减少泄漏的多层波导。
[0020]本专利技术的又一目的是提供一种与现有技术解决方案相比紧凑的多层波导。
[0021]因此，紧凑的并且克服现有技术的至少一些缺点的波导将是有益的。
[0022]因此，本解决方案涉及一种有成本效益且易于生产的多层波导传输线，该多层波导传输线具有以特定配置布置的电磁超表面。该解决方案是具有堆叠在一起的未被连接的薄层的紧凑的充气波导，并且克服了现有技术解决方案的许多缺点。该解决方案可以有利地与典型厚度为λ/10或λ/15且泄漏抑制结构的深度低于λ/20或甚至λ/30的金属层一起使用。多层波导包括被组装成多层波导的至少三个物理层。这些层是至少一个顶层、一个或更多个中间层和一个底层。多层波导还包括波导通道，该波导通道是至少一个中间层中的细长孔(elongated aperture)。至少一个层在面向第一邻接层的第一表面上具有超表面，并且该超表面围绕细长孔。该超表面包括厚部分和薄部分。
[0023]在不同实施例中，波导通道在层中布置有不同尺寸的细长孔，在一些实施例中，所有层具有不同尺寸的细长孔，并且在其他实施例中，一些层具有相应的孔。
[0024]超表面是具有亚波长厚度的纹理表面，在该特定情况下，该厚度通常低于λ/10。纹理表面包括产生纹理的薄部分和厚部分。
[0025]一个优点是，多层布置中的超(meta)结构通过层和超表面之间的小间隙产生了减少泄漏的效果。这种效果来自电磁带隙，但是与以前的多层波导相比，超表面结构具有尺寸更小并且生产成本仍然低廉的优点。
[0026]根据一个实施例，第一表面具有围绕超表面的平坦部分。厚部分具有对应于平坦部分处的层厚度的厚度，而薄部分具有小于平坦部分处的厚度的厚度。
[0027]根据一个实施例，中间层的第二表面面向第二邻接层，该第二邻接层具有除细长孔以外的平坦表面。
[0028]超表面面向平坦表面，在层的表面之间产生小的充气空间，从而产生电磁带隙结
构。
[0029]根据一个实施例，层是堆叠的分离层，没有元件在层之间延伸。
[0030]本解决方案的一个优点是，在所有层或一些层之间的小间隙是可接受的，而不会增加泄漏。
[0031]根据一个实施例，每个厚部分具有圆形、椭圆形、三角形、正方形、五边形、矩形、矩形、正方形、六边形或矩形形状中的任何一种形状。
[0032]一个优点是，厚部分的形状可以在不同的层或不同的波导之间有所不同。
[0033]根据一个实施例，厚部分被布置成平行于细长孔的排。
[0034]根据一个实施例，厚部分被布置在距细长孔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种多层波导(1)，包括被组装成多层波导(1)的至少三个物理层(21、2a、2b、2c、
…
、2n、22)，其中，所述层是顶层(21)、一个或更多个中间层(2a、2b、
…
、2n)和底层(22)，所述多层波导(1)包括波导通道(77)，所述波导通道(77)是至少一个中间层(2a、2b、
…
、2n)中的细长孔(7)，所述多层波导(1)的特征在于，至少一个层(21、2a、2b、
…
、2n、22)在面向第一邻接层的第一表面(5a)上具有超表面(3)，其中，所述超表面(3)围绕所述细长孔(7)并包括厚部分(3a)和薄部分(3b)。2.根据权利要求1所述的多层波导(1)，其中，所述第一表面(5a)具有围绕所述超表面(3)的平坦部分(4)，并且其中，所述厚部分(3a)具有对应于所述平坦部分(4)处的层厚度(L1)的厚度，并且所述薄部分(3b)具有小于所述平坦部分(4)处的厚度的厚度(L2)。3.根据权利要求1或2中任一项所述的多层波导(1)，其中，所述层(21、2a、2b、
…
、2n、22)的面向第二邻接层的第二表面(5b)除了所述细长孔(7)之外是平坦表面。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的多层波导(1)，其中所述层(21、2a、2b、2c、
…
、2n、22)是堆叠的分离层，没有元件在所述层(21、2a、2b、2c、
…
、2n、22)之间延伸。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的多层波导(1)，其中，每个厚部分(3a)具有圆形、椭圆形、三角形、正方形、五边形、矩形、矩形、正方形、六边形或矩形形状中的任何一种形状。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的多层波导(1)，其中，所述厚部分(3a)被布置成平行于所述细长孔(7)的排(6a、6...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：梅塔苏姆公司，
类型：发明
国别省市：