一种宽带层间垂直过渡结构

1.本发明涉及电磁场与微波通信领域，具体涉及一种宽带层间垂直过渡结构。


背景技术：

2.随着微波技术的发展，各系统对电路集成度要求越来越高，立体电路的应用日益广泛，由平面单元组成的多层电路结构可以达到很高的集成度，能够大大提高系统的整体性能，其中的需要解决的问题之一就是不同层传输线之间的耦合，可以用各种耦合方式实现多层电路中不同传输线之间的转接，本技术着重研究基片集成波导在不同层电路之间的垂直过渡问题。
3.传统的基片集成波导的层间过渡结构大多是使用单一开缝隙耦合的方式进行，由于此结构简单，只有单一谐振点，而且对所开的缝隙尺寸较为明显，所以就会导致带宽较窄，信息传输质量差等缺点。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种宽带层间垂直过渡结构，以解决现阶段层间基片集成波导垂直过渡带宽较窄的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种宽带层间垂直过渡结构，其包括上层基片集成波导、垂直过渡结构、下层基片集成波导；垂直过渡结构位于下层基片集成波导和上层基片集成波导的过渡处；上层基片集成波导的下层介质和下层基片集成波导的上层介质相重叠；垂直过渡结构的无源过渡单元由上下两个在中间层的枝节和二三层铜之间的挖孔复合而成，其中枝节分别在第二层铜和第三层铜上，且两层的枝节在各自的相对位置相同，长度均相同，都略小于挖空的宽度；上层基片集成波导和下层基片集成波导均由第一层铜与第三层铜和第二层铜与第四层铜构成，其中第二层铜和第三层铜以基片集成波导的宽度分别挖去一矩形槽，进而形成两层基片集成波导，其中中间有一层重叠部分是第二层铜与第三层铜之间的部分。
6.进一步地，上层基片集成波导与下层基片集成波导都有两层介质，分别采用相对介电常数ε'＝2.8，损耗角正切tanδ＝0.0013的材料和相对介电常数ε'＝2.8，损耗角正切tanδ＝0.0015的材料。
7.进一步地，上层基片集成波导总厚度为0.262mm，下层基片集成波导的总厚度也为0.262mm，上层基片集成波导与下层基片集成波导的宽度为2.7mm，基片集成波导两排通孔之间的距离为2.7mm。
8.进一步地，枝节的长和宽分别为0.8mm和0.1mm，且两个枝节分别距两侧所挖的矩形槽边的距离为0.7mm，中间所挖的矩形槽的长和宽分别为2.3mm和0.9mm。
9.本发明的有益效果为：本文提出了一种新型宽带的垂直过渡结构，通过在矩形缝隙耦合的基础上添加枝节技术的结构，解决现有的基片集成波导的垂直过渡带宽相对较窄的问题。
附图说明
10.图1为本发明的整体基片集成波导垂直过渡结构示意图；
11.图2为本发明的基片集成波导垂直过渡结构侧视图示意图；
12.图3为本发明的输入回波损耗示意仿真波形图；
13.图4为本发明的插入损耗示意仿真波形图。
具体实施方式
14.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一种实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
15.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本技术作进一步地详细说明。
16.在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“根据本技术的一个实施例”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同的实施例。
17.参见图1和图2，该宽带层间垂直过渡结构包括上层基片集成波导、垂直过渡结构、下层基片集成波导，由四层铜和三层介质构成。
18.其中，垂直过渡结构位于下层基片集成波导和上层基片集成波导的过渡处；上层基片集成波导的下层介质和下层基片集成波导的上层介质相重叠。
19.垂直过渡结构的无源过渡单元由上下两个在中间层的枝节和二三层铜之间的挖孔复合而成，其中枝节分别在第二层铜和第三层铜上，且两层的枝节在各自的相对位置相同，长度均相同，都略小于挖空的宽度。
20.上层基片集成波导和下层基片集成波导均由第一层铜与第三层铜和第二层铜与第四层铜构成，其中第二层铜和第三层铜以基片集成波导的宽度分别挖去一矩形槽，进而形成两层基片集成波导，其中中间有一层重叠部分是第二层铜与第三层铜之间的部分。
21.在实际操作中，通过在普通开缝隙的基础上，加厚一层介质即两层介质为基片集成波导的介质，并且在第二层铜和第三层铜加上矩形枝节的方法解决了现有的普通类同轴过渡或者直接过渡带宽窄的问题，达到了在65-100ghz的频率范围范围内s11参数达到-20db、在65-100ghz的频率范围内s21参数达到-0.5db的宽带效果。
22.上层基片集成波导与下层基片集成波导都有两层介质，分别采用相对介电常数ε'＝2.8，损耗角正切tanδ＝0.0013的材料和相对介电常数ε'＝2.8，损耗角正切tanδ＝0.0015的材料。
23.上层基片集成波导总厚度为0.262mm，下层基片集成波导的总厚度也为0.262mm，上层基片集成波导与下层基片集成波导的宽度为2.7mm，基片集成波导两排通孔之间的距离为2.7mm。
24.枝节的长和宽分别为0.8mm和0.1mm，且两个枝节分别距两侧所挖的矩形槽边的距离为0.7mm，中间所挖的矩形槽的长和宽分别为2.3mm和0.9mm。
25.在具体实施中，该宽带层间垂直过渡结构在普通开缝隙的基础上，加厚一层介质即两层介质为基片集成波导的介质，并且在第二层铜和第三层铜加上矩形枝节的方法解决了现有的普通类同轴过渡或者直接过渡带宽窄的问题。
26.通过增加基片集成波导的介质使拓宽频带的操作空间进一步加大在过渡处上下层铜之间增加枝节，增加了谐振点，使其变为两个谐振点，进一步拓宽了带宽，根据等效原理，相当于减少了品质因数，提高了垂直过渡结构的带宽。
27.等效原理细节如下：传统的开缝隙或者类同轴的过渡结构等效为lc串联谐振电路，当入射波频率达到其谐振频率时，lc串联效果变为阻抗最小，结果就是单谐振的效果，带宽较窄；其谐振频率可由确定，其中λe表示谐振波长，c表示真空中的光速，f0表示谐振频率；加入相应的的支节之后，其谐振点由之前的一个变为了两个，有效的增加了带宽。
28.可参见图3和图4，图3是本发明基片集成波导层间过度结构的输入回波损耗s21的结果曲线图；在本实施例中，利用仿真软件对此垂直过渡结构进行仿真，得到所述基片集成波导垂直过渡结构的s21仿真结果。
29.由图3可知，该结构拥有65-100ghz的宽带宽，即s21的幅值在65-100ghz的带内达到-0.5db以内。
30.图4是本发明基片集成波导层间过度结构的输入回波损耗s11的结果曲线图；在本实施例中，利用仿真软件对此垂直过渡结构进行仿真，得到所述基片集成波导垂直过渡结构的s21仿真结果。
31.由图4可知，该结构拥有65-100ghz的宽带宽，即s21的幅值在65-100ghz的带内达到-20db以下，拥有很好的宽带性能。
32.分析了基片集成波导垂直互联的电磁波传输特性，不同层基片集成波导之间的耦合可以通过在矩形缝隙耦合的基础上添加枝节进而实现宽带特性，仿真结果显示这种耦合方式的工作带宽要远优于普通缝隙耦合。
33.传统的基片集成波导的层间过渡结构大多是使用单一开缝隙耦合的方式进行，由于此结构简单，只有单一谐振点，而且对所开的缝隙尺寸较为明显，所以就会导致带宽较窄，信息传输质量差等缺点，因此采取在所开缝隙的基础上加金属矩形枝节的方法改善上述的问题，保证了稳定性和宽带性。中间选用的是矩形枝节，其等效电路模型为：其中l表示垂直过渡结构的等效电感，c表示垂直过渡结构的等效电容。而且本文结构有两个谐振点，能够有效扩宽带宽，进而形成宽带结构。
34.对所公开的实施例的上述说明，是本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将使显而易见的，本文所定义的一般原理可以在不脱离发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制与本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。