[发明专利]一种基于探针电流耦合的脊间隙波导到微带线宽带过渡结构

说明书

该发明公开了一种基于探针电流耦合的脊间隙波导到微带线宽带过渡结构,涉及微波/毫米波无源器件领域，具体为一种基于探针电流耦合的脊间隙波导到微带线宽带过渡结构。为了解决现有技术中脊间隙波导在与MMIC电路进行集成时面临的带宽受限、损耗过大、装配容差性能低等问题。本发明提出了一种基于探针电流耦合的脊间隙波导到微带线宽带过渡结构，其具有超宽带、低损耗、容差性能强、结构紧凑、易于加工与装配等优点。

技术领域

本发明涉及微波/毫米波无源器件领域，具体为一种基于探针电流耦合的脊间隙波导到微带线宽带过渡结构。

背景技术

近年来，低频的通信频谱已经十分拥挤，为满足当前高速无线通信、宽带信号传输需求，不得不向更高的频段扩展频谱资源。在毫米波频段,降低电路损耗、辐射损耗是首要考虑的因素。传统的平面传输线如：微带线、共面波导、带状线在高频段因介质损耗急剧增加导致其应用价值大幅降低。新型脊间隙波导是一种非常适合工作于毫米波段的传输线，其可用来制作无源滤波器、高增益天线阵、功率合成网络等无源器件。并且，得益于间隙波导的特殊分离式结构，这些器件均可方便的与MMIC电路进行集成与封装。此外，脊间隙波导以准TEM模单模传输，利用EBG结构形成的PMC表面与金属PEC表面之间的空气间隙小于四分之一波长以形成带通效应，这使得其具有相当宽的工作频带，能达到数个倍频程。上下盖板无需直接电接触的全金属结构也保证了脊间隙波导具有极低的损耗与较低的工艺需求。在脊间隙波导上下板之间集成多个收发模块即可构成大规模MIMO系统，这意味着将有望实现整个毫米波收发模块的紧凑性与高效性。因此，集成与整合各模块成为脊间隙波导应用至毫米波通信的关键。为此，进行脊间隙波导至平面电路的过渡结构研究是十分必要的。

文章“Design of a simple transition from microstrip to ridge gapwaveguide suited for MMIC and antenna integration,”IEEE Antennas and WirelessPropagation Letters,vol.12,pp.1558–1561,2013.”作者A.U.Zaman and T.Vukusic,M.Alexanderson提出了一种层压式脊间隙波导到微带线的过渡结构，该结构利用了微带与脊间隙波导传输模式的相似性，获得了较高的转换效率。从结构上看，其使微带线置于主脊表面，并直接利用上盖板进行固定。然而，这种结构必须保持微带基片的厚度与波导空气间隙的高度一致，这会使得设计的脊间隙波导带宽受限。此外，由于微带要层压在金属脊与盖板之间，可能会造成MMIC电路受到物理破坏，进而影响器件性能。文章“Design of F-bandtransition from microstrip to ridge gap waveguide including monte carloassembly tolerance analysis,”IEEE Transactions on Microwave Theory andTechniques,vol.64,no.4,pp.1245–1254,2016.”作者A.A.Braz′alez and J.Flygare,J.Yang报道了一种无接触式的微带到脊间隙波导过渡结构，其利用微带贴片与金属脊重叠以实现电磁耦合，并利用四分之一波长脊实现阻抗匹配。然而，此结构对微带贴片与脊之间的间隙十分敏感，容差性能较低。这将使得PCB的装配变得十分困难，尤其在高频段，更是难以达到加工精度的要求。

发明内容

为了解决脊间隙波导在与MMIC电路进行集成时面临的带宽受限、损耗过大、装配容差性能低等问题。本发明提出了一种基于探针电流耦合的脊间隙波导到微带线宽带过渡结构，其具有超宽带、低损耗、容差性能强、结构紧凑、易于加工与装配等优点。

为了实现上述设计目的，本发明采用了以下技术方案：