一种平衡式基片集成波导移相器制造技术

本发明专利技术公开了一种平衡式基片集成波导移相器，包括结构相同的主线结构和参考线结构，主线结构或参考线结构均包括：金属地、单层介质基片以及顶层矩形金属，顶层矩形金属中央开有平行槽，平行槽的走向与顶层矩形金属长边方向一致，顶层矩形金属的两条短边分别设有一排连接金属地的金属化过孔，顶层矩形金属的两条长边分别连接有一对馈线，分别作为平衡式输入端口和平衡式输出端口。通过基片集成波导的宽边尺寸使基片集成波导的工作频率位于TE

【技术实现步骤摘要】
一种平衡式基片集成波导移相器


[0001]本专利技术涉及移相器，尤其涉及一种平衡式基片集成波导移相器。

技术介绍

[0002]移相器作为相位控制器件，被广泛应用于相控阵天线、相控阵雷达、圆极化天线、波束成形网络和卫星移动通信系统中。平衡式移相器将差模移相功能和共模抑制功能相融合，不仅可以提高系统对电磁串扰和环境噪声的免疫能力，而且减小了系统的体积、复杂度和成本。此外，将基片集成波导应用于平衡式移相器设计，能有效利用基片集成波导低损耗、低成本、易于在高频率工作及易于集成等特点。
[0003]目前已报道了多种基片集成波导移相器的设计方法，主要包括加载电感销钉、延迟线自补偿、加载介质片以及层间槽耦合等。但是，采用上述方法设计的基片集成波导移相器均不具备共模抑制功能，且存在工作带宽窄、移相范围小或结构复杂等问题。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对上述现有技术，提出一种平衡式基片集成波导移相器，使其不仅具有差模移相和共模抑制功能，还具有带宽大、移相范围大的特点。
[0005]技术方案：一种平衡式基片集成波导移相器，其特征在于，包括结构相同的主线结构和参考线结构，主线结构或参考线结构均包括：金属地、单层介质基片以及顶层矩形金属，顶层矩形金属中央开有平行槽，所述平行槽的走向与顶层矩形金属长边方向一致，平行槽数量大于等于2，顶层矩形金属的两条短边分别设有一排连接所述金属地的金属化过孔，顶层矩形金属的两条长边分别连接有一对馈线，同一侧馈线之间的距离为所述顶层矩形金属长边尺寸的一半，分别作为平衡式输入端口和平衡式输出端口；所述基片集成波导结构的等效宽边尺寸满足：
[0006][0007]式中，c0为真空中的光速，f0为中心工作频率，ε
r
为单层介质基片的介电常数，w
eff
为基片集成波导结构的等效宽边尺寸；
[0008]所述主线结构的馈线与参考线结构的馈线的长度差对应的相位差作为移相器的移相基准值。
[0009]有益效果：本专利技术通过在基片集成波导上金属面引入槽，并通过设置平衡式端口的馈电位置以及基片集成波导的宽边尺寸使基片集成波导的工作频率位于TE
20
和TE
30
模的截止频率之间，进而实现同时具有宽带差模移相和宽带共模抑制的平衡式基片集成波导移相器，且具有移相范围大、尺寸小和结构简单等优点。
[0010]基片集成波导上金属面的平行槽呈现中心对称，且槽的个数可以是两个以上，用于获得宽带差模阻抗匹配和宽带差模移相，并用于拓展移相范围。
附图说明
[0011]图1为本专利技术平衡式基片集成波导移相器的剖面结构示意图；
[0012]图2为本专利技术平衡式基片集成波导移相器的金属地结构示意图；
[0013]图3为本专利技术平衡式基片集成波导移相器的顶层矩形金属结构示意图；
[0014]图4为本专利技术平衡式基片集成波导移相器的仿真结果，其中，(a)为参考线的S参数，(b)为45
°
移相器主线的S参数，(c)为90
°
移相器主线的S参数，(d)为135
°
移相器主线的S参数，(e)为180
°
移相器主线的S参数，(f)为差模移相。
具体实施方式
[0015]下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。
[0016]如图1至图3所示，一种平衡式基片集成波导移相器，包括结构相同的主线结构和参考线结构。主线结构和参考线结构整个呈现中心对称，均包括：包括金属地1、单层介质基片2以及顶层矩形金属3。顶层矩形金属3中央开有两条平行槽4，平行槽4的走向与顶层矩形金属3长边方向一致。顶层矩形金属3的两条短边分别设有一排连接金属地1的金属化过孔5。顶层矩形金属3的两条长边分别连接有一对馈线，同一侧馈线之间的距离为顶层矩形金属3长边尺寸的一半，四条馈线同时用作延迟线，分别作为平衡式输入端口6和平衡式输出端口7。主线结构和参考线结构在馈线长度上存在物理尺寸差别，主线结构的馈线与参考线结构的馈线的长度差对应的相位差作为移相器的移相基准值。
[0017]本专利技术中，为了使该平衡式基片集成波导移相器能够在一定的频率范围内传输差模信号而抑制共模信号，则工作于TE
20
和TE
30
模式的截止频率与中心工作频率f0之间的关系满足：
[0018][0019]其中，和分别是TE
20
和TE
30
模式的截止频率。又因为
[0020][0021]其中，n取2,3；c0为真空中的光速；w
eff
为基片集成波导结构的等效宽边尺寸，即顶层矩形金属3的长边尺寸；ε
r
为单层介质基片2的介电常数。
[0022]因此，由公式(1)和公式(2)可以得到w
eff
的取值如公式(3)所示：
[0023]基片集成波导结构的等效宽边尺寸满足：
[0024][0025]本专利技术中，当输入差模信号时，能够激励TE
20
模式，且所加载的两个槽使本专利技术获得三个差模传输极点，从而构成一个较宽的差模工作通带；当输入共模信号时，能够激励TE
10
和TE
30
模式，由于TE
10
和TE
30
模工作在差模通带外，因此能够有效的抑制差模通带内的共模噪声。此外，通过改变槽的尺寸可抵消延迟线引入的移相偏差，进而在宽带内获得平稳的差模移相。
[0026]本实施例采用RO4003C基板，其介电常数为3.38，损耗角为0.0027，厚度为
0.813mm。该平衡式基片集成波导移相器工作在3.5GHz，可实现0
°
～180
°
的差模移相。该平衡式移相器仿真的差模S参数、共模S参数和差模移相响应如图4所示。从图4的(a)至(e)可以看出，参考线、45
°
、90
°
、135
°
和180
°
移相器主线的15
‑
dB回波损耗带宽为20％、21.4％、23.4％、25.4％和26％，对应带宽内最小插入损耗分别为0.74dB、0.8dB、0.89dB、0.9dB和0.97dB，对应的15
‑
dB共模抑制带宽分别为59.7％，59.1％，58.3％，57.4％和56.8％。从图4的(f)可以看出，实现45
°±2°
、90
°±
4.5
°
、135
°±6°
和180
°±8°
移相的带宽分别是27.1％、30.6％、23.7％和28.6％。因此，对于45
°
、90
°
、135
°
和180
°
移相器，其移相误差在
±
5％之内且覆盖15
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平衡式基片集成波导移相器，其特征在于，包括结构相同的主线结构和参考线结构，主线结构或参考线结构均包括：金属地(1)、单层介质基片(2)以及顶层矩形金属(3)，顶层矩形金属(3)中央开有平行槽(4)，所述平行槽(4)的走向与顶层矩形金属(3)长边方向一致，平行槽数量大于等于2，顶层矩形金属(3)的两条短边分别设有一排连接所述金属地(1)的金属化过孔(5)，顶层矩形金属(3)的两条长边分别连接有一对馈线，同一侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：张威，施金，施敏，徐凯，
申请(专利权)人：南通先进通信技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：