本发明专利技术提出了基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器，属于集成波导技术领域。基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器包括第一层介质基板、第二层介质基板和端口；第一层介质基板的上表面设有上金属层，第一层介质基板的下表面设有耦合金属层；上金属层包括馈线、波导上表面以及边缘孔一；耦合金属层上设有耦合孔；第二层介质基板的上表面紧贴于第一层介质基板下表面的耦合金属层；第二层介质基板的下表面设有下金属层；下金属层包括弯折馈线和波导下表面；上金属层和下金属层的长边单侧均设有金属过孔阵列。该定向耦合器的结构更加紧凑，大幅度的减少了定向耦合器的横向尺寸，同时提高了其实际性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器，属于集成波导
技术介绍
介质集成波导(SubstrateIntegratedWaveguide,SIW)是一种在介质基片上实现类似于金属矩形波导传输特性的导波结构，由于该结构具有低辐射、低插损、小型化、易于集成等优点，成为研究的热点，也被广泛应用于微波无源器件的设计当中。借助于印刷电路工艺，基于介质集成波导的高性能微波无源器件的低成本批量生产成为可能。波导定向耦合器是微波毫米波系统当中非常常见的一种器件，与功率分配器一起被用于功率合成或功率分配应用当中，在微波测量中，利用定向耦合器可以获得一部分能量，当接上波长计或指示器，可以测量工作波长，监视微波源的输出功率、频率等常见工作性能指标的变化；在雷达系统当中，用定向耦合器可以将主线中的部分能量提取出来送至回波箱，以供雷达整机的调试和测试。因此，它是一种在系统当中不可或缺的器件。现有的波导定向耦合器存在尺寸较大等缺点。
技术实现思路
为解决上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术提出了一种基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器，所采取的技术方案如下：所述基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器包括第一层介质基板、第二层介质基板和端口；所述第一层介质基板的上表面设有上金属层11，所述第一层介质基板的下表面设有耦合金属层12；所述上金属层11包括馈线111、波导上表面112以及边缘孔一；所述耦合金属层12上设有耦合孔121；所述第二层介质基板的上表面紧贴于第一层介质基板下表面的耦合金属层12；所述第二层介质基板的下表面设有下金属层21；所述下金属层包括弯折馈线211和波导下表面212；所述上金属层11和下金属层21的长边单侧均设有金属过孔阵列a。优选地，述馈线111包括矩形结构和直角梯形结构；所述馈线111分别设于上金属层11下方，位于波导上表面112的左右两侧，并通过直角梯形结构的下底边与波导上表面112相接。优选地，所述基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器的第一层介质基板和第二层介质基板的宽度为13mm，长度为100mm，厚度为1.6mm，相对介电常数为4.4。优选地，所述馈线111的总长度为20mm；所述直角梯形结构的上底边宽度为1.7mm；所述直角梯形结构的高边长度为10mm；所述直角梯形结构的下底边宽度为3mm；所述矩形结构的长边为10mm，宽度为1.7mm；所述波导上表面112的长度为60mm，宽度为13mm。优选地，耦合孔121包括两个第一耦合孔、两个第二耦合孔和两个第三耦合孔；所述两个第一耦合孔、两个第二耦合孔和两个第三耦合孔位于耦合金属层12横向中轴线一侧，并且两个第一耦合孔、两个第二耦合孔和两个第三耦合孔的孔心均位于同一直线上。优选地，所述两个第一耦合孔以耦合金属层12纵向中轴线为对称轴对称分布于耦合金属层12上；所述两个第二耦合孔以耦合金属层12纵向中轴线为对称轴，分别对称分布于两个第一耦合孔靠近耦合金属层12宽边缘一侧；所述两个第三耦合孔以耦合金属层12纵向中轴线为对称轴分别对称分布于两个第二耦合孔靠近耦合金属层12宽边缘一侧。优选地，所述第一耦合孔的孔半径为2.25mm；所述第二耦合孔的孔半径为1.6mm；所述第三耦合孔的孔半径为1mm；所述两个第一耦合孔之间的孔间距为5mm；所述两个第二耦合孔之间的孔间距为5mm；两个第三耦合孔之间的孔间距为5mm；所述第一耦合孔之间与第二耦合孔之间的孔间距为5mm；所述第二耦合孔之间与第三耦合孔之间的孔间距为5mm。优选地，所述弯折馈线211的倒角为45°；所述弯折馈线211的水平矩形段长度为6mm；所述弯折馈线211的竖直矩形段长度为11.3mm。优选地，所述上金属层11上设有金属过孔阵列a与下金属层21上设有的金属过孔阵列a位置相同，并且金属过孔阵列a中的金属过孔的数量相同；所述金属过孔阵列a中的每个金属过孔的位置一一对应；所述金属过孔阵列a包含的金属过孔的孔心位于同一直线上。优选地，所述金属过孔阵列a的金属过孔的过孔半径为0.6mm，金属过孔之间的间距为1.9mm；所述金属过孔的孔心所在直线与耦合金属层12上的两个第一耦合孔、两个第二耦合孔和两个第三耦合孔的孔心所在直线的直线间距为3mm。本专利技术有益效果：本专利技术提出的基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器能够5.03-8.51GHz的频率范围内实现耦合端口的耦合，具有良好的宽带性能跟优异的小型化性能，可以广泛应用在对应频率范围内的通信系统当中。同时，本专利技术设计的定向耦合器带有微带线馈电结构(馈线和弯折馈线)，使得该定向耦合器的结构更加紧凑，大幅度的减少了定向耦合器的横向尺寸。图5给出了基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器的仿真S参数，从图5中可以看出，在4.01-8.62GHz的频段内，反射系数|S11|<-10dB，同频段内，直通口的传输系数|S21|优于-3.5dB；在3.72-7.26GHz的频段内，隔离口的传输系数|S31|<-15dB，在4.08-6.51GHz的频段内，隔离口的传输系数|S31|<-20dB；在5.03-8.51GHz的频段内，耦合口的耦合系数|S41|优于-5dB。图6给出了基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器的测试S参数，如图6所示，在4.02-7.42GHz的频段内，反射系数|S11|<-10dB，同频段内，直通口的传输系数|S21|优于-6dB；在4-7.22GHz的频段内，隔离口的传输系数|S31|<-15dB，在4.08-6.51GHz的频段内，隔离口的传输系数|S31|<-20dB；在5.03-8.51GHz的频段内，耦合口的耦合系数|S41|优于-6dB。由此可以看出，本专利技术所提出的定向耦合器在很宽的频带范围内具有平稳的耦合度和较高的隔离度，适用于宽带电子系统。附图说明图1为本专利技术所述定向耦合器的上金属层结构示意图。图2为本专利技术所述定向耦合器的耦合金属层结构示意图。图3为本专利技术所述定向耦合器的下金属层结构示意图。图4为基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器实物图(上图为主视图，下图为后视图)。图5为基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器的仿真S参数。图6为基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器的测试S参数。(11，上金属层；12，耦合金属层；111，馈线；112，波导上表面；121，耦合孔；21，下金属层；211，弯折馈线；212，波导下表面；a，金属过孔阵列)具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术不受实施例的限制。实施例1图1为本专利技术所述定向耦合器的上金属层结构示意图。图2为本专利技术所述定向耦合器的耦合金属层结构示意图。图3为本专利技术所述定向耦合器的下金属层结构示意图。图4为基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器实物图(上图为主视图，下图为后视图)。结合图1-图4详细说明本实施例。如图1-4所示结构，该基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器采用双层介质基板和上中下三层的印刷结构组成，其中双层介质基板采用宽边叠加的形式构成；具体的，该基片集成波导定向耦合器包括第一层介质基板、第二层介质基板和端口；其中，第一层介质基板的上表面设有上金属层11，第一层介质本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器，其特征在于，所述基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器包括第一层介质基板、第二层介质基板和端口；所述第一层介质基板的上表面设有上金属层(11)，所述第一层介质基板的下表面设有耦合金属层(12)；所述上金属层(11)包括馈线(111)、波导上表面(112)以及边缘孔一；所述耦合金属层(12)上设有耦合孔(121)；所述第二层介质基板的上表面紧贴于第一层介质基板下表面的耦合金属层(12)；所述第二层介质基板的下表面设有下金属层(21)；所述下金属层包括弯折馈线(211)和波导下表面(212)；所述上金属层(11)和下金属层(21)的长边单侧均设有金属过孔阵列(a)。
【技术特征摘要】
1.一种基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器，其特征在于，所述基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器包括第一层介质基板、第二层介质基板和端口；所述第一层介质基板的上表面设有上金属层(11)，所述第一层介质基板的下表面设有耦合金属层(12)；所述上金属层(11)包括馈线(111)、波导上表面(112)以及边缘孔一；所述耦合金属层(12)上设有耦合孔(121)；所述第二层介质基板的上表面紧贴于第一层介质基板下表面的耦合金属层(12)；所述第二层介质基板的下表面设有下金属层(21)；所述下金属层包括弯折馈线(211)和波导下表面(212)；所述上金属层(11)和下金属层(21)的长边单侧均设有金属过孔阵列(a)。2.根据权利要求1所述基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器，其特征在于，所述馈线(111)包括矩形结构和直角梯形结构；所述馈线(111)分别设于上金属层(11)下方，位于波导上表面(112)的左右两侧，并通过直角梯形结构的下底边与波导上表面(112)相接。3.根据权利要求2所述基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器，其特征在于，所述基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器的第一层介质基板和第二层介质基板的宽度为13mm，长度为100mm，厚度为1.6mm，相对介电常数为4.4。4.根据权利要求3所述基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器，其特征在于，所述馈线(111)的总长度为20mm；所述直角梯形结构的上底边宽度为1.7mm；所述直角梯形结构的高边长度为10mm；所述直角梯形结构的下底边宽度为3mm；所述矩形结构的长边为10mm，宽度为1.7mm；所述波导上表面(112)的长度为60mm，宽度为13mm。5.根据权利要求1至4任一所述基于半模波导结构的基片集成波导定向耦合器，其特征在于，耦合孔(121)包括两个第一耦合孔、两个第二耦合孔和两个第三耦合孔；所述两个第一耦合孔、两个第二耦合孔和两个第三耦合孔位于耦合金属层(12)横向中轴线一侧，并且两个第一耦合孔、两个...
【专利技术属性】
技术研发人员：王竣，刘璐，林澍，毕延迪，毛宇，孙先范，赵志华，亚历山大，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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