共面波导微带转换器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种共面波导微带转换器，其包括：一矩形的介质基片，其反面设有接地金属层；从所述介质基片的正面自一端向另一端依次连接的一共面波导中心导带、一微带线过渡段以及一微带线；以及对称地设置在所述共面波导中心导带两侧的接地层；其中，所述共面波导接地层由一体成型在一起的一直角梯形部分和一矩形部分构成，且所述直角梯形部分的下底与所述矩形部分的一长边完全重合并且其长度等于所述共面波导中心导带与所述微带线过渡段的长度之和，所述直角梯形部分的上底平行并邻近于所述共面波导中心导带并与所述共面波导中心导带的长度相等。本实用新型的共面波导微带转换器结构简单、尺寸小、易于制作，损耗低。
【专利说明】共面波导微带转换器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及微波、毫米波电路【技术领域】，尤其涉及一种共面波导微带转换器。【背景技术】
[0002]一般情况下，MMIC (毫米波单片集成电路)芯片通过银胶烧接到腔体内，通过金丝绑接到微带线。如果采用单线绑接，则金线会带来很大的寄生电感，尽管可以采用建模等手段在芯片设计时预先考虑这种寄生电感，然而还是很难消除，因为不同的bonging机和不同的人操作会产生比较大的差别。而如果采用三线绑接时，则地电流和信号电流在空气中经过的弧度十分相近，相比集中电感而言这种连接更像是均匀传输线。因此，在MMIC设计中，优选采用共面波导CPW (Coplanar Waveguide)结构作为接口。
[0003]共面波导作为一种性能优越、加工方便的微波平面传输线，在MMIC电路中正发挥越来越大的作用，尤其在毫米波频段应用中，共面波导更拥有微带线所不可比拟的性能优势:与常规的微带传输线相比，共面波导具有更低的色散，更小的连接尺寸，更小的寄生参量，容易实现无源、有源器件在微波电路中的串联和并联，容易提高电路密度等。但是在实际应用场合，往往需要在微带线与共面波导传输线之间进行转换，比如，如果共面波导探针的输出接口是共面波导线，而丽IC芯片的接口是微带线，则两者的衔接必然需要转换电路。
实用新型内容
[0004]针对上述现有技术的问题，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、损耗低的共面波导微带转换器，以实现共面波导与微带线之间的衔接。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0006]—种共面波导微带转换器，其包括:
[0007]—矩形的介质基片，其反面设有接地金属层；
[0008]从所述介质基片的正面自一端向另一端依次连接的一共面波导中心导带、一微带线过渡段以及一微带线；以及
[0009]对称地设置在所述共面波导中心导带两侧的共面波导接地层；
[0010]其中，所述共面波导接地层由一体成型在一起的一直角梯形部分和一矩形部分构成，且所述直角梯形部分的下底与所述矩形部分的一长边完全重合并且其长度等于所述共面波导中心导带与所述微带线过渡段的长度之和，所述直角梯形部分的上底平行并邻近于所述共面波导中心导带并与所述共面波导中心导带的长度相等；
[0011]其中，所述微带线过渡段的长度为0.4±0.005mm，所述直角梯形部分的高为
0.55±0.005mm，所述共面波导中心导带的宽度为0.5±0.005mm。
[0012]进一步地，所述共面波导中心导带与所述共面波导接地层之间的间隙为
0.1±0.005mm。
[0013]进一步地，所述共面波导接地层通过若干过孔与所述接地金属层连接。[0014]优选地，所述过孔的直径为0.3±0.005mm。
[0015]综上所述，本实用新型的共面波导微带转换器实现了共面波导与微带线之间的转换，即，可以将微带线的准TEM波转换到共面波导中心导带的TE波，而且其结构简单、尺寸小、易于制作，通过对关键尺寸的优化设计，还可降低其损耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的共面波导微带转换器的结构示意图；
[0017]图2为图1的共面波导微带转换器应用于Ka波段时的Sll随微带线过渡段的长度变化的的仿真测试图；
[0018]图3为图1的共面波导微带转换器应用于Ka波段时的Sll随直角梯形部分的高变化的的仿真测试图；
[0019]图4为图1的共面波导微带转换器应用于Ka波段时的Sll随共面波导中心导带的宽度变化的仿真测试图；
[0020]图5为图1的共面波导微带转换器应用于Ka波段时的Sll随共面波导中心导带与共面波导接地层之间的间隙变化的仿真测试图；
[0021]图6为根据本实用新型的一个优选实施例应用于Ka波段时的Sll、S12的仿真测试图；
[0022]图7为本实用新型的用于测试的背靠背共面波导微带转换器的结构示意图；
[0023]图8为图7的背靠背共面波导微带转换器应用于Ka波段时的Sll、S12的仿真测试图；
[0024]图9为图7的背靠背共面波导微带转换器应用于Ka波段时的Sll、S12的实际测试图；
[0025]图10为图8与图9中的S12的对比图；
[0026]图11为图8与图9中的Sll的对比图。
【具体实施方式】
[0027]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合具体实施例、并参照附图进一步详细说明。
[0028]如图1所示，本实用新型的共面波导微带转换器包括一矩形的介质基片1，该介质基片I的一面铺设有接地金属层(未不出)，另一面设有分别从其相对两端相向延伸的一微带线2和一共面波导中心导带3，且该微带线2和共面波导中心导带3之间通过微带线过渡段4连接，其中，在共面波导中心导带3的两侧分别设有沿共面波导中心导带3对称设置的共面波导接地层5，该共面波导接地层5通过若干过孔6与接地金属层连接，以增加接地性能，且该共面波导接地层5和接地金属层均由铜构成。
[0029]在本实施例中，共面波导接地层5由一体成型在一起的一直角梯形部分和一矩形部分构成，且直角梯形部分的下底与矩形部分的一长边完全重合并且其长度等于共面波导中心导带3与微带线过渡段4的长度之和，而直角梯形部分的上底平行并邻近于共面波导中心导带3并与共面波导中心导带3的长度相等。
[0030]而在仿真设计过程中发现，微带线过渡段4的长度a和共面波导耦合倾角(即倾角θ)对转换器的性能影响很大，在实际优化过程中，对倾角Θ的优化可以分解为对微带线过渡段4的长度a和直角梯形部分的高b长度的优化。这样，设计中需要调整的优化参量有3个，分别为:微带线过渡段4的长度a、直角梯形部分的高b和共面波导中心导带3的览度C。
[0031]图2-4所示的仿真测试曲线图分别示出了上述三个参数a、b和c对本实施例的共面波导微带转换器的影响。建模时，共面波导中心导带3与共面波导接地层5之间的间隙gap为0.1mm,过孔6直径为0.3mm,介质基片I采用的板材为Rogers5880,其介电常数为
0.22mm,厚度0.254mm,共面波导接地层5的厚度为18um，微带线2选用50欧姆微带线2，其宽度为0.78mm。
[0032]在如图2所示的仿真过程中，直角梯形部分的高b设置为0.55mm，共面波导中心导带3的宽度c设置为0.5mm。由图可知，在0.5GHz?30GHz范围内Sll (反射系数)变化不大，但是在30GHz?40GHz范围内，微带线过渡段4的长度a越长，则对Sll的压制性能越好，然而在40.5GHz左右的谐振也更强。
[0033]在如图3所示的仿真过程中，设定微带线过渡段4的长度a为0.4mm，共面波导中心导带3的宽度c为0.41mm,当直角梯形部分的高b变化时，在整个频带内约有IdB的波动，影响不剧烈。
[0034]在如图4所示的仿真过程中，设定微带线过渡段4的长度a为0.4mm，共面波导中心导带3的宽度c为0.55mm，由图可知，信号线越宽，性能越好。事实上，如果共面波导中心导带3与共面波导接地层5之间的间隙gap的安全距离比0.1mm更小，则IOGHz?30GHz带内可以有更大程度的改善，如错误！未找到引用源。，随着间隙gap的减小，在40GHz以下频段传输系数明显改善。当然，由于国内厂家制板工艺的限制，间隙gap的值最小只能为0.1mm0
[0035]通过上述分析，本实用新型的一优选实施例提供了优化的各关键尺寸，其中，每个尺寸误差范围为±0.005mm，各优化的尺寸如下:微带线过渡段4的长度为0.4mm，直角梯形部分的高为0.55mm,共面波导中心导带3的宽度为0.5mm,共面波导中心导带3与共面波导接地层5之间的间隙为0.1mm，过孔6的直径为0.3±0.005mm。
[0036]优化后的仿真测试结果如图6所示，S12 (传输系数)在整个频带内都小于0.1dB,Sll全部在18dB以下。
[0037]为了便于测试，将一对共面波导微带转换器背靠背对接，形成如图7所示的结构，该背靠背共面波导微带转换器的全长为20.4mm,宽度为12.76mm。进行实际测试时，测试架采用SouthWest微波公司End Launch系列的一对2.4mm接头。
[0038]针对上述背靠背共面波导微带转换器，进行仿真测试的结果如图8所示，进行实际测试的结果如图9所示，从图8和9可以看出，本实施例的转换器损耗低、频带宽。
[0039]同时，在图10和11中分别将S12和Sll的仿真测试结果与实际测试结果进行了对比，根据图8-11可知，Sll的仿真与实测值是一致的，S12的仿真与实测值趋势是一致的，但是损耗值上有较大区别，这是因为在仿真时仅对介质基板设定了介电常数，其接地金属层视作了理想导体，而且，在实际测试过程中，上述2.4mm接头的影响并没扣除，事实上它们对插入损耗和驻波的测试结果也有一定影响。
[0040]以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的范围，本实用新型的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本实用新型申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本实用新型专利的权利要求保护范围。
【权利要求】
1.一种共面波导微带转换器，其特征在于，该转换器包括: 一矩形的介质基片，其反面设有接地金属层； 从所述介质基片的正面自一端向另一端依次连接的一共面波导中心导带、一微带线过渡段以及一微带线；以及 对称地设置在所述共面波导中心导带两侧的共面波导接地层； 其中，所述共面波导接地层由一体成型在一起的一直角梯形部分和一矩形部分构成，且所述直角梯形部分的下底与所述矩形部分的一长边完全重合并且其长度等于所述共面波导中心导带与所述微带线过渡段的长度之和，所述直角梯形部分的上底平行并邻近于所述共面波导中心导带并与所述共面波导中心导带的长度相等； 其中，所述微带线过渡段的长度为0.4±0.005mm,所述直角梯形部分的高为0.55±0.005mm，所述共面波导中心导带的宽度为0.5±0.005mm。
2.根据权利要求1所述的共面波导微带转换器，其特征在于，所述共面波导中心导带与所述共面波导接地层之间的间隙为0.1±0.005_。
3.根据权利要求1或2所述的共面波导微带转换器，其特征在于，所述共面波导接地层通过若干过孔与所述接地金属层连接。
4.根据权利要求3所述的共面波导微带转换器，其特征在于，所述过孔的直径为0.3±0.005mm。
【文档编号】H01P5/107GK203660032SQ201320717399
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年11月14日 优先权日:2013年11月14日
【发明者】王锦清, 苟伟, 郝龙飞, 王静, 赵融冰 申请人:中国科学院上海天文台