小型化慢波半模基片集成波导E面耦合器制造技术

本发明专利技术揭示了一种小型化慢波半模基片集成波导E面耦合器，包括堆叠放置的顶层介质基片和底层介质基片，顶层介质基片的上表面设置有顶层金属层，顶层介质基片和底层介质基片之间设置有中间层金属层，底层介质基片的下表面设置有底层金属层。顶层介质基片和底层介质基片上各设置有一排金属化通孔，该排金属化通孔与顶层金属层、顶层介质基片、中间层金属层构成第一半模基片集成波导，该排金属化通孔与中间层金属层、底层介质基片、底层金属层构成第二半模基片集成波导。该耦合器在更小的体积内实现了45%的3‑dB工作带宽，工作频带内性能稳定，相对于更常见的H面慢波耦合器极大地拓宽了耦合器在小型化、双极化等方面的应用前景。

Miniaturized slow wave half mode substrate integrated waveguide E-plane coupler

【技术实现步骤摘要】
小型化慢波半模基片集成波导E面耦合器
本专利技术涉及一种小型化慢波半模基片集成波导E面耦合器，可用于微波

技术介绍
随着通信技术的迅速发展，人们对通信系统小型化、宽频带、多极化等方面提出了更多的要求。耦合器由于很容易实现任意功率的功分作用在微波
有着广泛的应用。耦合器作为核心器件被广泛运用于微波无线通信系统和雷达探测系统之中，其中H面耦合器最为常见，因为其利用单层电路即可实现，设计和实现较为简单。然而在实际应用中，E面耦合器相对于H面耦合器有着更小的体积和更多的应用场合，因而对整个微波、毫米波系统的提升有着很大的帮助。传统的基片集成波导作为一种快波结构，主要通过公共波导壁上开孔来实现耦合效应。基片集成波导小孔耦合器尽管相对以往的立体金属波导结构有了一定的改进，但面对新的需求仍存在一定意义上体积大、不易于集成的缺点。半模基片集成波导技术使得微波器件有了更广阔的发展。半模基片集成波导技术具有体积小、重量轻、高品质因数、低插入损耗、高集成度、大功率容量等特点，相对于基片集成波导进一步缩小了电路面积，更利于小型化电路的设计。最近新提出的结合慢波技术的基片集成技术进一步减小了波导器件的体积，给了耦合器设计更多的选择。H面的慢波耦合器由于结构易于实现，目前已经有了多种实现方式，相对于传统快波模式耦合器实现了一定程度上的小型化。E面慢波耦合器则由于结构上的复杂和性能上的影响并没有成熟的设计，但其体积更小，应用前景更广阔，有着很重要的研究价值。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种小型化慢波半模基片集成波导E面耦合器。本专利技术的目的将通过以下技术方案得以实现：小型化慢波半模基片集成波导E面耦合器，包括顶层介质基片和底层介质基片，所述顶层介质基片和底层介质基片堆叠放置，顶层介质基片的上表面设置有顶层金属层，顶层介质基片和底层介质基片之间设置有中间层金属层，底层介质基片的下表面设置有底层金属层；顶层介质基片和底层介质基片上各设置有一排金属化通孔，该排金属化通孔与顶层金属层、顶层介质基片、中间层金属层构成第一半模基片集成波导，该排金属化通孔与中间层金属层、底层介质基片、底层金属层构成第二半模基片集成波导。优选地，所述顶层介质基片的上表面设置有两条分别与第一半模基片集成波导的顶层金属层两端连接的第一微带线和第二微带线；底层介质基片的下表面设置有两条分别与第二半模基片集成波导的底层金属层两端连接的第三微带线和第四微带线。优选地，所述第一微带线、第二微带线、第三微带线和第四微带线分别通过一个梯形微带贴片的第一阻抗转换结构、第二阻抗转换结构、第三阻抗转换结构、第四阻抗转换结构与半模基片集成波导的金属层连接，作为耦合器的输入端口、直通端口、耦合端口和隔离端口。优选地，该耦合器为对称结构，所述第一微带线和第二微带线为同层设置，第一微带线为耦合器的输入端，第二微带线为直通端口，第三微带线与第一微带线为同侧不同层设置，第三微带线为隔离端，第四微带线与第二微带线为同侧不同层设置。优选地，所述第一微带线、第二微带线、第三微带线和第四微带线的阻抗均为50欧姆。优选地，所述中间层金属层上开设有一排互补开口谐振环，互补开口谐振环包括至少两个开口相反的矩形开口环形槽。优选地，所述一排互补开口谐振环与一排金属化通孔平行间隙设置，且每相邻两个互补开口谐振环之间的间距相等。优选地，所述中间层金属层上的一排互补开口谐振环数为N，N的取值≥3。优选地，所述顶层介质基片和底层介质基片均为Rogers5880介质板，介电常数为2.2。优选地，所述顶层介质基片和底层介质基片每一层厚度为0.5毫米。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：该技术方案基于传统快波HMSIW平面耦合器结构，克服了传统波导耦合器立体结构大，难于集成的特点，在微波电路平面化中具有重要的应用价值。同时，本专利技术通过在HMSIW蚀刻互补开口谐振环结构在HMSIW上实现了慢波效应并将其应用到了E面耦合器的设计之中，利用慢波效应进一步减小耦合器的体积；同时巧妙地将互补开口谐振环作为双层电路之间的耦合孔，避免引入额外的慢波结构，精简电路，达到提升耦合器性能的目的。慢波模式下，耦合器性能更加稳定，体积更小。本专利技术通过研究平面化E面慢波耦合器，扩大该小型化的慢波半模基片集成波导E面耦合器在未来小型化、宽频带、多极化微波毫米波电路集成中的应用。本专利技术设计结构简单，3-dB耦合工作带宽大，其双层结构与传统立体、多层结构耦合器相比更适合应用于现代微波毫米波电路集成中；同时，采用半模基片集成波导技术，结构十分紧凑，减少了加工难度，降低了加工成本。本专利技术将慢波效应集成到耦合器之中，相对于传统的快波耦合器技术，本专利技术体积小、插损低，填补了慢波E面耦合器研究的空白。相对于目前国际上研究较成熟的慢波H面耦合器技术，本专利技术首次实现了慢波传输线之间E面的能量耦合，同时相较于H面耦合的单层电路体积更小，应用也更广。附图说明图1是本专利技术的双层半模基片集成波导示意图。图2是本专利技术的中间层金属层上蚀刻的互补开口谐振环结构示意图。图3是本专利技术小型化慢波半模基片集成波导E面耦合器的三维结构示意图。图4是本专利技术小型化慢波半模基片集成波导E面耦合器的三维剖分图。图5是本专利技术小型化慢波半模基片集成波导E面耦合器的俯视图。图6是本专利技术耦合器的S参数仿真结果。图7是本专利技术耦合器的S参数实测结果。图8是本专利技术耦合器的直通端与耦合端相位差仿真与实测结果对比。具体实施方式本专利技术的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本专利技术技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本专利技术要求保护的范围之内。本专利技术揭示了一种小型化慢波半模基片集成波导E面耦合器，如图1、图2、图3、图4和图5所示，包括顶层介质基片2和底层介质基片3，所述顶层介质基片2和底层介质基片3堆叠放置。所述顶层介质基片2的上表面设置有顶层金属层6，顶层介质基片2和底层介质基片3之间设置有中间层金属层5，底层介质基片3的下表面设置有底层金属层7。所述顶层介质基片2和底层介质基片3上各设置有一排金属化通孔1，该排金属化通孔1与顶层金属层6、顶层介质基片2、中间层金属层5构成第一半模基片集成波导，该排金属化通孔1与中间层金属层5、底层介质基片3、底层金属层7构成第二半模基片集成波导。所述顶层介质基片2的上表面设置有两条分别与第一半模基片集成波导的顶层金属层两端连接的第一微带线12和第二微带线15；底层介质基片3的下表面设置有两条分别与第二半模基片集成波导的底层金属层两端连接的第三微带线13和第四微带线14。所述第一微带线12、第二微带线15、第三微带线13和第四微带线14分别通过一个梯形微带贴片的第一阻抗转换结构8、第二阻抗转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.小型化慢波半模基片集成波导E面耦合器，其特征在于：包括顶层介质基片（2）和底层介质基片（3），所述顶层介质基片（2）和底层介质基片（3）堆叠放置，/n顶层介质基片（2）的上表面设置有顶层金属层（6），顶层介质基片（2）和底层介质基片（3）之间设置有中间层金属层（5），底层介质基片（3）的下表面设置有底层金属层（7）；/n顶层介质基片（2）和底层介质基片（3）上各设置有一排金属化通孔（1），该排金属化通孔（1）与顶层金属层（6）、顶层介质基片（2）、中间层金属层（5）构成第一半模基片集成波导，该排金属化通孔（1）与中间层金属层（5）、底层介质基片（3）、底层金属层（7）构成第二半模基片集成波导。/n

【技术特征摘要】
1.小型化慢波半模基片集成波导E面耦合器，其特征在于：包括顶层介质基片（2）和底层介质基片（3），所述顶层介质基片（2）和底层介质基片（3）堆叠放置，
顶层介质基片（2）的上表面设置有顶层金属层（6），顶层介质基片（2）和底层介质基片（3）之间设置有中间层金属层（5），底层介质基片（3）的下表面设置有底层金属层（7）；
顶层介质基片（2）和底层介质基片（3）上各设置有一排金属化通孔（1），该排金属化通孔（1）与顶层金属层（6）、顶层介质基片（2）、中间层金属层（5）构成第一半模基片集成波导，该排金属化通孔（1）与中间层金属层（5）、底层介质基片（3）、底层金属层（7）构成第二半模基片集成波导。


2.根据权利要求1所述的小型化慢波半模基片集成波导E面耦合器，其特征在于：所述顶层介质基片（2）的上表面设置有两条分别与第一半模基片集成波导的顶层金属层两端连接的第一微带线（12）和第二微带线（15）；底层介质基片（3）的下表面设置有两条分别与第二半模基片集成波导的底层金属层两端连接的第三微带线（13）和第四微带线（14）。


3.根据权利要求2所述的小型化慢波半模基片集成波导E面耦合器，其特征在于：所述第一微带线（12）、第二微带线（15）、第三微带线（13）和第四微带线（14）分别通过一个梯形微带贴片的第一阻抗转换结构（8）、第二阻抗转换结构（9）、第三阻抗转换结构（10）、第四阻抗转换结构（11）与半模基片集成波导的金属层连接，作为耦合器的输入端口、直通端口、耦合端口和隔离端口。


4.根据权利要求3所述的小型化慢波半模基片集成波导E面耦合器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘水，许锋，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32