[发明专利]一种新型基片集成脊波导结构

说明书

本发明提供了一种新型基片集成脊波导结构，包括：介质基板单元，包括下介质基板以及设置在下介质基板上的上介质基板，上介质基板与下介质基板的介电常数不同；悬空金属柱，沿着垂直于介质基板单元的方向嵌入上介质基板中，且周期性地排列在上介质基板的长度方向上的中心线上；以及金属条，设置在悬空金属柱的底部。该新型基片集成脊波导由具有不同介电常数的两层介质基板构成，结构中嵌入的悬空金属柱的下表面与介质基板单元的下表面之间存在的间隙形成脊电容，从而降低主模的截止频率。另外，通过设置在悬空金属柱的底部的金属条来增加极板之间的面积，使得脊电容值增大，进一步地降低了主模的截止频率，进而使得主模的工作带宽极大地提高。

技术领域

本发明涉及微波导技术领域，具体涉及一种新型基片集成脊波导结构。

背景技术

随着微波、毫米波技术在无线通讯和雷达系统领域的发展，低成本、高可靠性的集成电路的使用日益广泛。金属波导具有品质因素(Q)高、损耗小等优点，然而类似于矩形波导的金属波导体积大、成本高，限制了其向小型化和集成化方向发展。

基片集成波导(Substrateintegratedwaveguide,SIW)是近些年来提出的一种高性能低损耗小型化的传输线，用周期性金属通孔代替传统矩形波导的金属侧壁，其电磁波传播特性与传统的矩形波导类似。SIW具有体积小、低成本、抗电磁干扰、高功率容量等优点，已经广泛应用于天线、滤波器、功分器、耦合器等研究。作为设计器件、天线、集成系统的基础，SIW传输结构的优点十分明显，但同时也存在一些局限。一方面，随着现代微波集成电路技术的快速发展，对基片集成波导器件的集成度提出了更高要求。另一方面，SIW的单模工作带宽被限制在一个倍频程，不适合应用于宽带微波系统中。所以，如何拓展基片集成波导的带宽，提高集成度是目前亟待解决的问题。

已知在常规波导中加入纵向金属脊可以提高波导的工作带宽，而不会影响其射频传输特性。因此，为了提高基片集成波导SIW的单模工作带宽，在SIW的中间加入一排与两侧壁类似的周期性排列的悬空金属柱，从而构成了基片集成脊波导结构(Ridgesubstrateintegratedwaveguide,RSIW)。基片集成脊波导是由基片集成波导发展而来的，是解决基片集成波导的局限性，形成紧凑型宽带互连的一个良好选择。目前，一些脊波导电路已被应用在微波毫米波器件和天线系统中，如宽带滤波器、阻抗变换器，以及天线或放大器的宽带微波功率馈电等。近年来，军事和民用上应用的平面裂缝辐射器中采用的脊波导裂缝阵列可以增大天线阵列的扫描范围。在这些应用中，有些工作带宽只需10％-30％。然而，在有些应用中则需要更宽乃至倍频程的带宽，所以有必要进一步展宽带宽。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种新型基片集成脊波导结构。

本发明提供了一种新型基片集成脊波导结构，具有这样的特征，包括：介质基板单元，包括下介质基板以及设置在下介质基板上的上介质基板，上介质基板与下介质基板的介电常数不同；悬空金属柱，沿着垂直于介质基板单元的方向嵌入上介质基板中，且周期性地排列在上介质基板的长度方向上的中心线上；以及金属条，设置在悬空金属柱的底部。

本发明的新型基片集成脊波导结构的传输模式为：主模传输的是TE10模，高次模传输的是TE20模，主模工作带宽为第一高次模和主模的截止频率的差值。嵌入的悬空金属柱的下表面与介质基板单元的下表面之间存在的间隙形成脊电容，从而降低该新型基片集成脊波导结构所传输的主模的截止频率，但不影响其射频传输特性。

另外，通过设置在悬空金属柱的底部的金属条来增加极板之间的面积，使得脊电容值增大，进一步地降低了主模的截止频率，进而使得第一高次模与主模截止频率的差值提高，即主模工作带宽提高。该新型基片集成脊波导结构的工作频率范围为2.46GHz～13.34GHz，能够适用于覆盖整个超宽带(3.1GHz～10.6GHz)的应用，极大地拓展了基片集成脊波导的应用范围。