[發明專利]基于基片集成波導技術的圓波導

有效

• 申請號: 201210590785.3
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103066357A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 陳良;何璐;汪曉光;鄧龍江;付強;梁迪飛
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01P3/00
• 分類號: H01P3/00
• 代理公司: 成都惠迪專利事務所 51215
• 代理人: 劉勛

技術領域

本發明涉及微波、毫米波技術。

背景技術

基片集成波導是一種新的微波傳輸線形式，其利用金屬過孔在介質基片上實現波導的場傳播模式，目前基片集成波導在矩形波導中的應用已經比較成熟，克服了傳統矩形波導體積較大的缺點。在微波系統中圓波導是一種常用的導波結構，其TE11模的極化簡并現象使圓波導在計劃衰減器、計劃變換器、微波鐵氧體環行器等器件中得到廣泛使用，但是由于傳統圓波導的體積很大，所以目前需要一種能使圓波導體積小型化的實現方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種尺寸小、損耗低的基于基片集成波導技術的圓波導。

本發明解決所述技術問題采用的技術方案是，基于基片集成波導技術的圓波導，包括介質基板，其特征在于，在介質基板上按圓形垂直設置有一圈圓形通孔，所述圓形通孔內壁覆銅，圓形通孔等距分布。

相鄰兩個圓形通孔通過內壁覆銅的方形通孔連通，相鄰兩個圓形通孔的軸線與方形通孔的軸線垂直相交。

進一步的說，至少兩層在垂直方向上分布的方形通孔連通相鄰兩個圓形通孔，垂直方向相鄰的方形通孔的間距為λ/8；每一層方形通孔的軸線處于一個平行于介質基板底面的平面上，每一個方形通孔的大小尺寸相同。

更進一步的，方形通孔為4層，層間距相等。

本發明的有益效果是，

1)有類似于傳統圓波導的大部分特點，特別是TE11模的極化簡并現象。

2)由于介質的引入，與傳統圓波導相比尺寸減小；更有利于集成到微波集成電路中。

3)端口的反射很小，損耗較低。

附圖說明

圖1為本發明的主視圖。

圖2為本發明的局部透視示意圖。

圖3為本發明的局部剖視圖（俯視方向）。

圖4為本發明的局部剖視圖。

圖5為傳統圓波導與本發明實例在X波段的S11參數曲線圖。

具體實施方式

參見圖1~5。

基于基片集成波導技術的圓波導，包括介質基板1，在介質基板1上按圓形垂直設置有一圈圓形通孔2，所述圓形通孔內壁覆銅，圓形通孔等距分布。相鄰兩個圓形通孔通過內壁覆銅的方形通孔3連通，相鄰兩個圓形通孔的軸線與方形通孔的軸線垂直相交，方形通孔的軸線平行于介質基板。

所述方形通孔的軸線是指垂直于通孔橫截面并通過橫截面中心的直線。

至少兩層在垂直方向上分布的方形通孔連通相鄰兩個圓形通孔，垂直方向相鄰的方形通孔的間距為λ/8；每一層方形通孔的軸線處于一個平行于介質基板底面的平面上，每一個方形通孔的大小尺寸相同。

更具體的實施方式：

本發明在X波段實現了基于基片集成波導技術的圓波導，該圓波導由一圈圓形金屬化通孔圍成，通孔的排列為圓形，并且通孔垂直于介質基板。根據圓波導的特性，TE₁₁模式下，波導壁上的電流線始終有垂直于波導軸線的分量，因此通孔間的距離可能導致能量的泄露，而較小的通孔間距可以使泄露的能量減小，從而降低損耗。本實施例采用15mm厚度的介質基板，其介質的介電常數為2.2，中圓形通孔一共為60個，等距排列，通孔的軸線與圓波導的軸線距離為10mm，圓形通孔的半徑為0.45mm，圓形通孔間的距離由此確定為0.15mm。

對于傳統圓波導，TE₁₁模式下由于管壁的橫向電流大小周期性變化，每過λ/4的長度會出現一個極大值，為了避免此處發生明顯的能量泄露，因此在這些位置設置小尺寸的方形通孔連通相鄰的圓形通孔，方形通孔的軸線過相鄰兩圓形通孔的圓心，并且平行于介質基板。由進一步的仿真結果反映，將方形通孔的間距縮小一半，即由λ/4減小到λ/8可以明顯的降低反射。本實施例中，仿真得到的λ為25mm，因此相鄰方形通孔的間距設置為3mm，沿圓波導軸向的長度為0.2mm，沿圓波導徑向的長度為0.01mm，所有的方形通孔孔壁覆銅。

以本實施例為基礎，僅改變圓形通孔的半徑，進而改變圓形通孔的間距，經過一系列仿真擬合，得到在10GHz附近由于圓形通孔的改變對插損帶來的影響，擬合公式：

S12=ζ₁+ζ₂*d+ζ₃*d²，ζ₁=-0.02666;ζ₂=-0.84256;ζ₃=0.54084

其中，d為通孔間距，可以看出兩者反相關，在X波段進行設計時可根據經驗公式選擇合適的圓形通孔間距。

本發明能夠減小圓波導器件的尺寸，由圖5可以看到，在不影響性能的條件下，本發明比傳統圓波導的尺寸更小。