[发明专利]基于超常媒质的小型化基片集成波导

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于超常媒质的基片集成波导。

背景技术

近些年来，吴柯等学者提出了一种新型的低剖面基片集成波导（SIW）。基片集成波导是一种新型微波传输线，它是在印制电路板（PCB）的两侧合理地打下两排金属过孔来实现的。利用该技术不仅可以减小传统波导的尺寸、重量、成本，而且加工的可实现性和可靠性可以大大提高，因此它有利于出集成波导器件，尤其是与超常媒质结合在一起，可以设计出更加出色的波导器件。

超常媒质是人工设计的具有异常电磁特性的特殊结构，由于它具有的异常电磁特性，在微波领域得到广泛的关注，近几年来，各种超常媒质被设计出来应用到各个微波各个领域，如零折射透镜，隐身，完美透镜等。其中最具价值的一项应用便是用于减小波导尺寸，通过在金属波导内部嵌入开口谐振环（SRR），引入负磁导率从而使得波导工作在截止频率之下。然而，传统波导由于高剖面，体积较大，笨重等缺点，不适合与其他电路元件集成，尤其是平面微波电路。而平面结构的基片集成波导的提出客服了这些缺点。如果能将基片集成波导横向尺寸进一步减小，将更有利于微波电路集成。

Yuan Dang Dong等人提出在基片集成波导上表面蚀刻互补谐振环（CSRR）来设计小型化窄带滤波器，最终获得了在截止频率之下的一个窄带频带，然而由于CSRR是谐振结构，该窄带带宽很窄，相对带宽只有6%左右，限制了将其用于宽带器件的设计。接着他们又在此基础上，提出了基于传输线结构的基片集成波导，但是仍然存在带宽太窄的缺点，相对带宽只有6.5%。

发明内容

本发明是为了在保证工作带宽的情况下实现集成波导的小型化，从而提供一种基于超常媒质的小型化基片集成波导。

基于超常媒质的小型化基片集成波导，它包括基板和介质板，所述基板固定在介质板的下面；它包括两个50Ω微带线1和两个微带线与基片集成波导转换结构2；

所述每个50Ω微带线1为金属带条结构；每个微带线和基片集成波导转换结构2为一段渐宽的金属带条；

所述两个微带线与基片集成波导转换结构2的较宽端镜像固定在介质板的左、右两个侧面的中间位置；

两个50Ω微带线1的一端分别与两个微带线和基片集成波导转换结构2的较窄端连接为一体结构；

所述介质板的上部和下部对应开有2N个金属通孔4；N为正整数；

所述介质板的上部的通孔和下部的通孔之间蚀刻有交指电容槽缝3。

介质板的介电常数为2.2。

交指电容槽缝3与介质板的中轴线之间的夹角介于0度至17.5度之间。

基于超常媒质的小型化基片集成波导的工作频带介于3.44GHz至5.35GHz。

介质板上部的相邻两个通孔的间距相等；介质板上部的相邻两个通孔的间距相等。

通过仿真说明本发明的效果：当交指电容槽缝逆时针旋转角度低于17.5度时，角度每增加3.5度，起始频率减小0.1GHz，当逆时针旋转角度大于17.5度时，频率起始频率不再随着角度增加而线性减小，此外这个时候波导的插入损耗也增大，最大可以达到6dB，传输系数恶化。相同尺寸条件下，普通基片集成波导的起始频率为6.12GHz，表面蚀刻交指电容基片集成波导，将交指电容逆时针旋转17.5度，其可以在截止频率之下的3.44GHz-5.35GHz带宽内工作，同时，插入损耗只有0.5dB，相比普通基片集成波导，非谐振结构超常媒质基片集成波导的横向电尺寸减小了43.7%，而相对带宽却仍然达到43.2%；本发明具有易与加工、低剖面、易与平面电路集成的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明上通孔在印制电路板的分布示意图；

图3是本发明通孔在印制电路板的分布剖视图；

图4是本发明与普通基片集成波导的散射参数仿真示意图，其中：实线表示传输系数，虚线表示反射系数；

图5是本发明的基于超常媒质小型化基片集成波导的散射参数仿真示意图，其中实线表示传输系数，虚线表示反射系数；

图6是本发明的等效电路连接示意图；

图7是本发明对应的普通基片集成波导的等效本构参数仿真示意图；

图8是本发明的提取的等效本构参数仿真示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至3说明本具体实施方式，基于超常媒质的小型化基片集成波导，它包括基板和介质板，所述基板固定在介质板的下面；它包括两个50Ω微带线1和两个微带线与基片集成波导转换结构2；