一种基片集成同轴线和微带线的超宽带转接结构

1.本发明涉及宽带天线技术领域，尤其涉及一种超宽带转接结构。


背景技术：

2.在通信领域中，转接结构是通信链路中不可或缺的一个部分。随着各种通信设备之间的信息传播速率的迅速增加，转接结构得性能优化程度对整个通信系统的性能指标有重大影响，同时也产生了宽带化、小型化的需要。
3.基片集成同轴传输线由同轴的内导体、外导体、中间介质及金属化通孔构成的同轴传输线层压形成。基片集成同轴线技术在继承基片集成波导优良传输特性的同时，还具有尺寸小、宽频带特性的非色散传输线，它具有低电磁辐射、低插入损耗、结构紧凑、易于集成等优点。微带传输线是由介质基片上的单一导体带构成，是微波集成电路中应用及其广泛的一种传输结构，与金属波导相比，其体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等优势。
4.因此基片集成同轴线与微带线的过渡结构一直是当下研究的热点，当下常用的基片集成同轴线与微带线的过渡结构为接地共面波导结构，该结构由介质基片、金属地板和三条导体带组成，是在介质基片的一个面上制作出中心导体带，并在紧邻中心导体带的两侧制作导体平面，并与金属地板构成接地共面波导。但是接地共面波导在与基片集成同轴线的转换应用中的带宽相对较窄，同时三条导体带产生的寄生辐射也不可忽略，所以如何拓展带宽，减小寄生辐射成了当下亟需解决的技术难点。
5.目前也有使用gcpw作为过渡结构，实现基片集成同轴线与微带线的转接：将基片集成同轴线转gcpw，再将gcpw转微带，但该技术实现的带宽较小，不能满足现代通信转接的需要。
6.因此，需要一种新的技术方案以解决上述问题。


技术实现要素：

7.为了解决现有技术所产生的问题，本发明提供了一种宽频带、小型化、低损耗、易于集成的基片集成同轴线和微带线的超宽带转接结构。
8.为达到上述目的，本发明基片集成同轴线和微带线的超宽带转接结构可采用如下技术方案：
9.一种基片集成同轴线和微带线的超宽带转接结构，包括金属内导体、顶层金属导体、底层金属导体、位于顶层金属导体与底层金属导体之间的介质层，金属内导体位于顶层金属导体与底层金属导体之间，还包括自金属内导体一端延伸出的金属微带线；
10.金属微带线自金属内导体一端沿长度延伸方向延伸，金属微带线与金属内导体连接一端宽度逐渐增加呈梯形，金属微带线另一端宽度保持不变呈矩形；
11.v形渐变阻抗匹配段设置于顶层金属导体与金属微带线靠近的一端，v形渐变阻抗匹配段为顶层金属导体沿长度延伸方向挖空形成对称的v形凹陷。
12.进一步的，所述的v形渐变抗阻匹配段长度为5mm以拓展阻抗带宽。
13.进一步的，所述的介质层包括所述上层介质层、中间粘合层、下层介质层；底层金属导体覆盖于下层介质层的下表面；顶层金属导体覆盖于上层介质层的上表面。
14.进一步的，所述的中间粘合层将上层介质层和下层介质层紧密连接，上层介质层与中间粘合层完全重叠，下层介质层有一部分沿长度延伸方向伸出中间粘合层。
15.进一步的，所述的下层介质层上表面与中间粘合层重叠的部分沿长度延伸方向的中心设有金属内导体；下层介质层上表面超出中间粘合层的部分沿长度延伸方向的中心设有金属微带线。
16.进一步的，所述的基片集成同轴线和微带线的超宽带转接结构还包括两排平行于长度延伸方向的金属化通孔，通孔对称排列于金属内导体的两侧，自上而下贯穿整个超宽带转接结构。
17.进一步的，所述的中间粘合层为taconic tlc-27基板；上层介质层与下层介质层均为taconic tly-5印刷电路基板。
18.进一步的，所述的顶层金属导体、上层介质层、中间粘合层、下层介质层和底层金属导体、金属内导体及金属化通孔，依次设置形成基片集成同轴线。
19.进一步的，所述的金属微带线、顶层金属导体、底层金属导体、金属内导体，及金属化通孔采用的材料为金属铜。
20.进一步的，整个超宽带转接结构采用pcb多层印刷电路板进行加工，在上层介质层上表面镀金属形成设有v形渐变阻抗匹配段顶层金属导体；下层介质层下表面镀金属形成底层金属导体，在下层介质层上表面的长度延伸方向的前半部分中心位置镀金属形成金属内导体；将金属微带线蚀刻在下层介质层上表面的长度延伸方向的后半部分中心位置；将上层、下层介质层以及中间粘合层层压成型，最后在对应位置钻孔形成两排通孔，通过孔间镀金属实现电气连接。整体结构的尺寸为15mm*5mm*0.678mm。
21.本发明具有如下有益效果：
22.1、本发明将基片集成同轴线与微带线巧妙结合，增设了v形渐变阻抗匹配段使得阻抗匹配完好，在较宽的频段内具有良好的传输特性。
23.2、本发明采用了一条导体带，导体带带来的寄生辐射相较于现有技术的三条导体带实现了减少寄生辐射，提高能量传输的效率和质量。
24.3、基片集成同轴线具有低损耗特性，并且本发明将上层金属导体挖空设置v形渐变阻抗匹配段形成的半开放式结构会将损耗降低。
25.4、本发明结构由于结构简单，在设计天线或射频电路时可以直接应用而不需改装，使用的限制条件少，易于集成。
26.5、本发明长15mm宽5mm高0.678mm，实现了小型化。
附图说明
27.图1为本发明超宽带转接结构的立体分解图；
28.图2为本发明超宽带转接结构的俯视图；
29.图3为本发明超宽带转接结构的侧视图；
30.图4为本发明超宽带转接结构的仰视图；
31.图5为本发明超宽带转接结构中不同v形渐变阻抗匹配段长度下的s参数对比图。
32.图中，1为金属微带线，2为左侧金属化通孔，3为金属内导体，4为v形渐变阻抗匹配段，5为右侧金属化通孔，6为顶层金属导体，7为上层介质层，8为中间粘合层，9为下层介质层，10为底层金属导体。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本技术所附权利要求所限定的范围。
34.请参阅图1至图4，本发明公开了一种基片集成同轴线和微带线的超宽带转接结构100，包括金属微带线1、左侧金属化通孔2、金属内导体3、v形渐变阻抗匹配段4、右侧金属化通孔5、顶层金属导体6、上层介质层7、中间粘合层8、下层介质层9、底层金属导体10。
35.其中，金属微带线1自金属内导体3一端沿长度延伸方向延伸，金属微带线1与金属内导体3连接一端宽度逐渐增加呈梯形，金属微带线1另一端宽度保持不变呈矩形，且金属微带线1与金属内导体3位于下层介质层9沿长度延伸方向的上表面的中心；将顶层金属导体6沿长度延伸方向挖空形成对称的v形凹陷，即为v形渐变阻抗匹配段4，使用仿真软件对该发明进行参数仿真，根据仿真结果将v形渐变抗阻匹配段4长度设为5mm。
36.其中，中间粘合层8将上层介质层7和下层介质层9紧密连接，上层介质层7与中间粘合层8完全重叠，下层介质层9有一部分沿长度延伸方向伸出中间粘合层8；底层金属导体10覆盖于下层介质层9的下表面；顶层金属导体6覆盖于上层介质层7的上表面。下层介质层9上表面与中间粘合层8重叠的部分沿长度延伸方向的中心位置设有金属内导体3；下层介质层9上表面超出中间粘合层8的部分沿长度延伸方向的中心位置设有金属微带线1。金属化通孔对称排列于金属内导体3的两侧，自上而下贯穿整个超宽带转接结构100，左侧金属化通孔2和右侧金属化通孔3形成封闭式结构，具有良好屏蔽型。顶层金属导体6、上层介质层7、中间粘合层8、下层介质层9、底层金属导体10、金属内导体3及金属化通孔，依次设置形成基片集成同轴线。
37.该基片集成同轴线和微带线的超宽带转接结构100采用pcb多层印刷电路板进行加工，在上层介质层7上表面镀金属形成设有v形渐变阻抗匹配段4的顶层金属导体6；下层介质层9下表面镀金属形成底层金属导体10，在下层介质层9上表面的长度延伸方向的前半部分中心位置镀金属形成金属内导体3；将金属微带线1蚀刻在下层介质层9上表面的长度延伸方向的后半部分的中心位置；将上层7、下层介质层9以及中间粘合层8层压成型，最后在对应位置钻孔形成两排通孔，通过孔间镀金属实现电气连接。
38.本发明一方面使用了封闭性良好的基片集成同轴线作转接结构100的一端，易与其他电路集成，同时可以减小能量传播过程中的损耗；另一方面转接的另一端是电路中应用最为广泛的微带线结构，微带线不仅可以参与设计大量的经验电路，并且可以适用3-40ghz的频段范围，同时体积小、重量轻、剖面低、成本低，易于加工与应用。本发明100将基片集成同轴线与微带线的巧妙结合，使得能量在传递过程中效率较高，阻抗匹配完成的较好，所以能够在较宽的频段内具有良好的传输特性。
39.在本实施例中，左侧金属化通孔2和右侧金属化通孔3的直径为0.4mm，每排中相邻
金属化通孔的孔距为0.6mm，左侧金属化通孔2和右侧金属化通孔3间距为2mm，合适的通孔尺寸和孔距可以降低加工难度同时达到防止电磁波泄露的目的。
40.上层介质层7与下层介质层9均为厚度0.254mm的taconic tly-5印刷电路基板，所述中间粘合层8为厚度0.1mm的taconic tlc-27粘合层；金属微带线1、金属内导体3、上层金属导体6、下层金属导体10、镀金属化通孔2使用的材料均为金属铜。
41.金属微带线1的宽度由金属内导体3的宽度0.4mm逐渐增大到0.7mm，之后保持宽度0.7mm不变，逐渐增大的部分为过渡部分，设置合适的过渡方式以有效提高阻抗的匹配度，拓展阻抗带宽。本发明100采用了一条导体带，导体带带来的寄生辐射相较于现有技术的三条导体带减少了寄生辐射，提高能量传输的效率和质量。顶层金属导体6沿长度延伸方向开设v形渐变阻抗匹配段4，v形渐变阻抗匹配段4关于长度延伸方向的中心轴对称，v形渐变阻抗匹配段4长度为5mm，设置合适的v形渐变阻抗匹配段4长度以拓展阻抗带宽，同时半开放式的结构也可降低损耗。整体结构100的尺寸为15mm*5mm*0.678mm。
42.如图5所示，在本实施例中，使用仿真软件对该发明进行参数仿真。由于该发明是在自由空间内工作的，在转接结构100模型创建完成后，将结构100的边界设置为理想边界条件，转接结构100的输入端口设置为波导端口，对3-40ghz频段的性能进行分析计算。
43.改变v形渐变阻抗匹配段4的长度，统计对应的散射参数即s参数并形成对比图。s参数是微波传输中的一个重要参数，s21为正向传输系数，即增益。s11为输入反射系数，即输入回波损耗。在v形渐变阻抗匹配段4长度为2.5mm与4.1mm时，该转接结构100的驻波特性并不理想，s11在15-20ghz之间大于-15db，传输特性也不够稳定，同时s21的振动幅度较大；当v形渐变阻抗匹配段长度4为5mm时，s11在3-40ghz范围内都小于-15db，且s21趋于稳定。因此选用5mm作为v形渐变阻抗匹配段4长度。
44.综上，本发明基片集成同轴线和微带线的超宽带转接结构具有宽频带、小型化、低损耗、易于集成、减少寄生辐射的特点。

技术特征：
1.一种基片集成同轴线和微带线的超宽带转接结构，包括金属内导体、顶层金属导体、底层金属导体、位于顶层金属导体与底层金属导体之间的介质层，金属内导体位于顶层金属导体与底层金属导体之间，其特征在于，还包括自金属内导体一端延伸出的金属微带线；金属微带线自金属内导体一端沿长度延伸方向延伸，金属微带线与金属内导体连接一端宽度逐渐增加呈梯形，金属微带线另一端宽度保持不变呈矩形；v形渐变阻抗匹配段设置于顶层金属导体与金属微带线靠近的一端，v形渐变阻抗匹配段为顶层金属导体沿长度延伸方向挖空形成对称的v形凹陷。2.根据权利要求1所述的一种基片集成同轴线和微带线的超宽带转接结构，其特征在于，所述的v形渐变抗阻匹配段长度为5mm以拓展阻抗带宽。3.根据权利要求1所述的一种基片集成同轴线和微带线的超宽带转接结构，其特征在于，所述的介质层包括上层介质层、中间粘合层、下层介质层；底层金属导体覆盖于下层介质层的下表面；顶层金属导体覆盖于上层介质层的上表面。4.根据权利要求3所述的一种基片集成同轴线和微带线的超宽带转接结构，其特征在于，所述的中间粘合层将上层介质层和下层介质层紧密连接，上层介质层与中间粘合层完全重叠，下层介质层有一部分沿长度延伸方向伸出中间粘合层。5.根据权利要求1或4所述的一种基片集成同轴线和微带线的超宽带转接结构，其特征在于，所述的下层介质层上表面与中间粘合层重叠的部分沿长度延伸方向的中心设有金属内导体；下层介质层上表面超出中间粘合层的部分沿长度延伸方向的中心设有金属微带线。6.根据权利要求1所述的一种基片集成同轴线和微带线的超宽带转接结构，其特征在于，所述的基片集成同轴线和微带线的超宽带转接结构还包括两排平行于长度延伸方向的金属化通孔，通孔对称排列于金属内导体的两侧，自上而下贯穿整个超宽带转接结构。7.根据权利要求4所述的一种基片集成同轴线和微带线的超宽带转接结构，其特征在于，所述的中间粘合层为taconic tlc-27基板；上层介质层与下层介质层均为taconic tly-5印刷电路基板。8.根据权利要求1或6所述的一种基片集成同轴线和微带线的超宽带转接结构，其特征在于，所述的顶层金属导体、上层介质层、中间粘合层、下层介质层和底层金属导体、金属内导体及金属化通孔，依次设置形成基片集成同轴线。9.根据权利要求1或6所述的一种基片集成同轴线和微带线的超宽带转接结构，其特征在于，所述的金属微带线、顶层金属导体、底层金属导体、金属内导体，及金属化通孔采用的材料为金属铜。10.根据权利要求1或6所述的一种基片集成同轴线和微带线的超宽带转接结构，其特征在于，整个超宽带转接结构采用pcb多层印刷电路板进行加工，在上层介质层上表面镀金属形成设有v形渐变阻抗匹配段顶层金属导体；下层介质层下表面镀金属形成底层金属导体，在下层介质层上表面的长度延伸方向的前半部分中心位置镀金属形成金属内导体；将金属微带线蚀刻在下层介质层上表面的长度延伸方向的后半部分中心位置；将上层、下层介质层以及中间粘合层层压成型，最后在对应位置钻孔形成两排通孔，通过孔间镀金属实现电气连接。

技术总结
本发明公开了一种基片集成同轴线和微带线的超宽带转接结构，包括金属微带线和V形渐变阻抗匹配段、金属内导体和顶层金属导体。本发明将微带线从金属内导体延伸出来形成特定形状，同时对顶层金属导体挖空处理形成V形渐变阻抗匹配段。本发明一种基片集成同轴线和微带线的超宽带转接结构实现了由基片集成同轴线到微带线以及由微带线到基片集成同轴线的双向转接，具有宽频带、小型化、低损耗、易于集成、减少寄生辐射的特点。减少寄生辐射的特点。减少寄生辐射的特点。


技术研发人员：刘冰 张阳 韩碟 竺祾 邹亚雄
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/7/22