一种基于接地共面波导结构抑制缺陷地非理想谐振的模型

1.本实用新型属于微波、毫米波频段无源电路设计领域，具体地说是一种基于接地共面波导结构抑制缺陷地非理想谐振的模型。


背景技术：

2.随着社会的发展，人们对电路设计的要求越来越高，在设计微波相关的平面电路时，如何使电路体积更小，重量更轻成为设计研究者们关注的课题。在设计微带电路时，在参考地平面上刻蚀掉部分金属，形成缺陷地结构。刻蚀的缺陷图案，干扰了传输线在接地平面上的电流分布，从而改变了传输线等效的电容、电感等特性，所以不用额外增加电路尺寸，就可以获得慢波效应、带阻效应、高阻抗传输线和线间耦合度。缺陷地结构易于加工，带有缺陷地结构的印刷电路与传统的印刷电路制造工艺流程相似，不同之处在于还需要额外处理的就是接地的金属层，除此之外，对于有缺陷地结构的电路来说，其底部必须留有一定空间，以防外部其它电路对结构中的电磁场产生干扰。
3.对比微带线、共面波导，基于共面波导结构缺陷地可使得传输线具有更为宽广的阻抗变化范围，而且接地共面波导拥有上下参考地平面，更多的刻蚀面积带来更高的自由度。在毫米波频段时，微带线的损耗将增加，这使得其在30ghz及以上频段的工作效率降低，但接地共面波导则具有牢固的接地结构，在高频频段具备更低的损耗，这为毫米波频段甚至100ghz及以上频段的设计提供了潜在的优势和稳定性能。然而，宽广的参考地平面容易寄生形成微带天线结构，引入高阶模响应干扰缺陷地结构性能。在利用集总元件电路理论求解电磁问题时，不易获得近似解，影响整体微带电路性能与设计流程，因此抑制接地共面波导中缺陷地非理想谐振尤为重要。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的，是要提供一种基于接地共面波导结构抑制缺陷地非理想谐振的模型，避免引入非理想高阶模响应。
5.本实用新型为实现上述目的，所采用的技术方法如下：
6.一种基于接地共面波导结构抑制缺陷地非理想谐振的模型，包括介质层、设置于介质层上表面的上参考地平面、设置于介质层下表面的下参考地平面，信号线位于介质层上表面的中心，由介质层的一边延伸至另一边的边沿，上参考地平面包括两个顶层金属接地板，两个顶层金属接地板分别位于信号线的两侧，与信号线之间留有缝隙，两个顶层金属接地板靠近信号线的一边均刻蚀有上缺陷地结构，下参考地平面与上参考地平面上的上缺陷地结构相对应的位置刻蚀有下缺陷地结构，两个顶层金属接地板靠近信号线的一边设置有第一通孔，第一通孔贯穿上参考地平面、介质层和下参考地平面。
7.作为限定：上缺陷地结构和下缺陷地结构大小相等、形状相同，上缺陷地结构外侧设置有第二通孔，第二通孔贯穿上参考地平面、介质层和下参考地平面。
8.作为限定：上缺陷地结构和下缺陷地结构均为哑铃形结构，上缺陷地结构包括至
少一个哑铃形结构，下缺陷地结构包括的哑铃形结构的个数与上缺陷地结构中的个数相同。
9.作为限定：介质层采用罗杰斯4003c基板，介电常数εr＝3.55，损耗角正切tanδ＝0.0027，信号线的阻抗为50欧姆。
10.本实用新型由于采用了上述方案，与现有技术相比，所取得的有益效果是：
11.本实用新型提供的一种基于接地共面波导结构抑制缺陷地非理想谐振的模型，在接地共面波导上参考地平面中，沿信号线均匀设置通孔，减小了寄生微带天线信号辐射，避免了引入非理想高阶模响应，传输曲线更加理想平滑，除中心频率外无非理想谐振，所提取的lc等效模型更加精准；在缺陷地结构外侧设置通孔，与信号线外侧的通孔共同作用，将电磁场束缚在通孔阵列内部，减少电磁泄漏，更有利于提升硅基中无源电路的集成度，有效提升硅基无源电路中毫米波频率下器件稳定度，减小高频下寄生效应噪声干扰。
12.本实用新型适用于接地共面波导中抑制缺陷地非理想谐振。
附图说明
13.下面结合附图及具体实施例对本实用新型作更进一步详细说明。
14.图1为实施例1一种基于接地共面波导结构抑制缺陷地非理想谐振的模型的俯视图；
15.图2为实施例1一种基于接地共面波导结构抑制缺陷地非理想谐振的模型的仰视图；
16.图3为实施例1一种基于接地共面波导结构抑制缺陷地非理想谐振的模型和未设置第一通孔和第二通孔的接地共面波导结构模型频率响应曲线的对比图；
17.图4为实施例2一种基于接地共面波导结构抑制缺陷地非理想谐振的模型的俯视图；
18.图5为实施例2一种基于接地共面波导结构抑制缺陷地非理想谐振的模型的仰视图；
19.图6为实施例2一种基于接地共面波导结构抑制缺陷地非理想谐振的模型和未设置第一通孔和第二通孔的接地共面波导结构模型频率响应曲线的对比图；
20.图中：1、顶层金属接地板；2、信号线；3、上缺陷地结构；4、第一通孔；5、第二通孔；6、下参考地平面；7、下缺陷地结构。
具体实施方式
21.下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但本领域的技术人员应当理解，本实用新型并不限于以下实施例，任何在本实用新型具体实施例基础上做出的改进和等效变化，都在本实用新型权利要求保护的范围之内。
22.实施例1一种基于接地共面波导结构抑制缺陷地非理想谐振的模型
23.一种基于接地共面波导结构抑制缺陷地非理想谐振的模型，其结构如图1和图2所示，包括介质层、设置于介质层上表面的上参考地平面、设置于介质层下表面的下参考地平面6，信号线2位于介质层上表面的中心，由介质层的一边延伸至另一边的边沿，上参考地平面包括两个顶层金属接地板1，两个顶层金属接地板1分别位于信号线2的两侧，与信号线2
之间留有缝隙，顶层金属接地板1与信号线2之间的缝隙宽度不大于信号线2的宽度。两个顶层金属接地板1靠近信号线2的一边均刻蚀有上缺陷地结构3，下参考地平面6与上参考地平面上的上缺陷地结构3相对应的位置刻蚀有下缺陷地结构7，上缺陷地结构3和下缺陷地结构7大小相等、形状相同，两个顶层金属接地板1靠近信号线2的一边设置有第一通孔4，第一通孔4贯穿上参考地平面、介质层和下参考地平面6，上缺陷地结构3外侧设置有第二通孔5，第二通孔5贯穿上参考地平面、介质层和下参考地平面6。
24.本实施例中上参考地平面的上缺陷地结构3为一个哑铃形结构，下缺陷地结构7为一个哑铃形结构，介质层采用罗杰斯4003c基板，介电常数εr＝3.55，损耗角正切tanδ＝0.0027，信号线2的阻抗为50欧姆。
25.介质层长度为15mm,宽度为13mm，厚度为0.305mm；信号线2宽度为0.5mm，信号线2与两侧顶层金属接地板1之间的缝隙宽度为0.3mm；上缺陷地结构3的哑铃形头部矩形长度为1.5mm，宽度为1.5mm；哑铃形刻蚀槽长度为0.4mm，宽度为0.2mm；下缺陷地结构7的哑铃形头部矩形长度为1.5mm，宽度为1.5mm，哑铃形刻蚀槽长度1.9mm，宽度为0.2mm。
26.第一通孔4和第二通孔5的半径均为0.2mm；第一通孔4圆心与顶层金属接地板1靠近信号线2一边的边界之间的距离均为0.3mm，相邻第一通孔4圆心之间的距离均为0.5mm,靠近顶层金属接地板1侧面的第一通孔4的圆心距顶层金属接地板1侧面边界的距离为0.4mm,一个顶层金属接地板1上位于上缺陷地结构3一边的第一通孔4的个数为12个，位于上缺陷地结构3另一边的第一通孔4的个数为12个。
27.与第一通孔4距离最近的上缺陷地结构3两侧第二通孔5的圆心，与其最近的第一通孔4的圆心之间的距离为0.6mm,上缺陷地结构3两侧的相邻第二通孔5圆心之间的距离均为0.5mm,一个顶层金属接地板1上位于上缺陷地结构3一侧的第二通孔5的个数为4个，位于上缺陷地结构3另一侧的第二通孔5的个数为4个。
28.一个顶层金属接地板1上位于上缺陷地结构3顶部最外侧第二通孔5圆心到上缺陷地结构3侧面最近的第二通孔5圆心之间的距离为0.4mm，上缺陷地结构3顶部最外侧第二通孔5与相邻的上缺陷地结构3顶部的第二通孔5的圆心之间的距离为0.5mm，剩余的相邻第二通孔5圆心之间的距离为0.5mm，一个顶层金属接地板1上位于上缺陷地结构3顶部的第二通孔5的个数为5个。
29.工作原理：本实施例通过设置第一通孔4和第二通孔5，将接地共面波导结构中的上参考地平面、下参考地平面6连通，使得原本的接地共面波导结构中矩形贴片形成的谐振腔结构的边界条件发生改变，即谐振腔的边缘由开路变成了短路，同时，通过减小第一通孔4到信号线的距离可以减小上参考地平面的电宽度，这可以防止形成类似贴片天线的结构从而激发高阶模，这样就可以对非理想谐振进行抑制。除此之外，由于形成了类似基片集成波导的结构，通过减小第一通孔4、第二通孔5的间距可以大幅减小电磁波的辐射，从而进一步抑制中心谐振频率外的非理想谐振。
30.通过纯电磁场仿真软件cst下建模仿真得到本实施例基于接地共面波导结构抑制缺陷地非理想谐振的模型和未设置第一通孔4和第二通孔5的接地共面波导结构模型频率响应曲线的对比图，如图3所示，可以看到本实施例添加第一通孔4和第二通孔5后除中心频率外无非理想谐振，达到抑制非理想谐振的目的。
31.实施例2一种基于接地共面波导结构抑制缺陷地非理想谐振的模型
32.本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的不同之处为：
33.本实施例中上参考地平面的上缺陷地结构3为两个哑铃形结构，下缺陷地结构7为两个哑铃形结构，本实施例的结构如图4和图5所示。
34.介质层长度为18mm,宽度为13mm，厚度为0.305mm；信号线2宽度为0.5mm，信号线2与两侧顶层金属接地板1之间的缝隙宽度为0.3mm；上缺陷地结构3的哑铃形头部矩形长度为1.5mm，宽度为1.5mm；哑铃形刻蚀槽长度为0.4mm，宽度为0.2mm；下缺陷地结构7的哑铃形头部矩形长度为1.5mm，宽度为1.5mm，哑铃形刻蚀槽长度1.9mm，宽度为0.2mm。
35.第一通孔4和第二通孔5的半径均为0.2mm；第一通孔4圆心与顶层金属接地板1靠近信号线2一边的边界之间的距离均为0.3mm，相邻第一通孔4圆心之间的距离均为0.5mm,靠近顶层金属接地板1侧面的第一通孔4的圆心距顶层金属接地板1侧面边界的距离为0.4mm,一个顶层金属接地板1上位于上缺陷地结构3一边的第一通孔4的个数为13个，位于上缺陷地结构3另一边的第一通孔4的个数为13个。
36.与第一通孔4距离最近的上缺陷地结构3两侧第二通孔5的圆心，与其最近的第一通孔4的圆心之间的距离为0.7mm,上缺陷地结构3两侧的相邻第二通孔5圆心之间的距离均为0.5mm,一个顶层金属接地板1上位于上缺陷地结构3一侧的第二通孔5的个数为4个，位于上缺陷地结构3另一侧的第二通孔5的个数为4个。
37.一个顶层金属接地板1上位于上缺陷地结构3顶部最外侧第二通孔5圆心到上缺陷地结构3侧面最近的第二通孔5圆心之间的距离为0.4mm，上缺陷地结构3顶部最外侧第二通孔5与相邻的上缺陷地结构3顶部的第二通孔5的圆心之间的距离为0.4mm，剩余的相邻第二通孔5圆心之间的距离为0.5mm，一个顶层金属接地板1上位于上缺陷地结构3顶部的第二通孔5的个数为9个。
38.工作原理：通过刻蚀多个缺陷地结构形成级联，以获得多传输零点，可设计缺陷地低通滤波器，在带内性能指标满足要求的情况下获得较好的带外抑制。通过设置第一通孔4和第二通孔5，将接地共面波导结构中的上参考地平面、下参考地平面6连通，使得原本的接地共面波导结构中矩形贴片形成的谐振腔结构的边界条件发生改变，即谐振腔的边缘由开路变成了短路，同时，通过减小第一通孔4到信号线的距离可以减小上参考地平面的电宽度，这可以防止形成类似贴片天线的结构从而激发高阶模，这样就可以对非理想谐振进行抑制。除此之外，由于形成了类似基片集成波导的结构，通过减小第一通孔4、第二通孔5的间距可以大幅减小电磁波的辐射，从而进一步抑制中心谐振频率外的非理想谐振。
39.通过纯电磁场仿真软件cst下建模仿真得到本实施例基于接地共面波导结构抑制缺陷地非理想谐振的模型和未设置第一通孔4和第二通孔5的接地共面波导结构模型频率响应曲线的对比图，如图6所示，可以看到本实施例添加第一通孔4和第二通孔5后对于双谐振频率响应外非理想谐振同样有很强的抑制作用，在0-10ghz低通频段内消除了非理想谐振。