基于HMCSIW的新型耦合系数可重构的耦合器制造技术

本发明专利技术提供一种基于HMCSIW的新型耦合系数可重构的耦合器，包括介质基板、介质基板上下表面的第一金属层和第二金属层，第一金属层包括两个对称设置的金属贴片，每个金属贴片包括半模类梳状线基片集成波导、梯形过渡区和四分之一圆的弧形微带线，半模类梳状线基片集成波导的两端分别连接梯形过渡区，梯形过渡区的端部分别连接弧形微带线，第一金属层设有若干U形槽对和耦合系数重构组件，U形槽对包括上U形槽和下U形槽，两个半模类梳状线基片集成波导开放边缘之间设有间隙，间隙处设有耦合系数重构组件；本发明专利技术能够实现改变耦合系数的大小，无需改变耦合器尺寸，就能够实现多种耦合系数的切换。系数的切换。系数的切换。

【技术实现步骤摘要】
基于HMCSIW的新型耦合系数可重构的耦合器


[0001]本专利技术涉及一种基于HMCSIW的新型耦合系数可重构的耦合器，属于通信


技术介绍

[0002]基片集成波导技术(SIW)以其低成本和平面化的特点吸引了众多学者的关注，基于SIW的集成电路在无线通信系统中得到了广泛的应用。然而，由于金属通孔的存在，当接入SIW上加载的有源器件时，需要额外的射频扼流圈。作为SIW的扩展研究，类梳状线基片集成波导(CSIW)使用一组四分之一波长的微带开路枝节线来代替金属通孔来形成等效的电壁，以限制波导中的电磁波。由于CSIW中的顶部和底部金属层是独立的，因此输入和输出端口可以与接地层隔离，以便于与有源器件集成。由于使用了一组四分之一波长微带开路枝节线，因此基于CSIW的器件通常比类似的SIW器件尺寸更大。
[0003]为了满足小型化的发展需要，提出了半模类梳状线基片集成波导(HMCSIW)。HMCSIW是将CSIW电路的尺寸减半，其纵向开放边缘具有自然优势直接与有源设备集成。
[0004]在无线通信系统中，耦合器是收发信机或相控阵天线的重要组成部分。公开文献“Jin H，Zhu Z，Cheng R.Novel broadband coupler based on corrugated half mode substrate integrated waveguide[J].IEICE Electronics Express，2015:12.20150896.”DOI：https://doi.org/10.1587/elex.12.20150896，提出了基于HMCSIW的宽带耦合器，其中耦合发生在两个平行HMCSIW之间的等效磁壁上。但是，这种结构下，只有改变尺寸才能改变耦合系数，也就是，通过改变两个平行半模类梳状线基片集成波导HMCSIW之间的距离，使耦合性系数发生改变。
[0005]以往大量基于类梳状线基片集成波导的耦合器的研究中，没有能够数字化调控耦合系数的耦合器。因此研究数字化调控耦合系数的耦合器具有重大意义。上述问题是在基于类梳状线基片集成波导的耦合器的设计过程中应当予以考虑并解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于HMCSIW的新型耦合系数可重构的耦合器解决现有技术中存在的现有结构设计下，需要改变耦合器尺寸来改变耦合系数，难以调控耦合系数的问题。
[0007]本专利技术的技术解决方案是：
[0008]一种基于HMCSIW的新型耦合系数可重构的耦合器，包括介质基板、介质基板上下表面的第一金属层和第二金属层，第一金属层包括两个对称设置的金属贴片，每个金属贴片包括半模类梳状线基片集成波导、梯形过渡区和四分之一圆弧形微带线，半模类梳状线基片集成波导的两端分别连接梯形过渡区，梯形过渡区的端部分别连接弧形微带线，第一金属层设有若干U形槽对和耦合系数重构组件，U形槽对包括上U形槽和下U形槽，上U形槽和下U形槽分别对称设于两个半模类梳状线基片集成波导的开放边缘之间，两个半模类梳状
线基片集成波导开放边缘之间设有间隙，间隙处设有耦合系数重构组件。
[0009]进一步地，耦合系数重构组件包括若干PIN二极管、若干第一电容和若干第二电容，PIN二极管中心对称设于间隙处，且PIN二极管分别设于上U形槽和下U形槽之间，上U形槽的两侧分别设有第一电容，下U形槽的两侧分别设有第二电容，PIN二极管的一端分别通过第一电容连接上U形槽的两侧，PIN二极管的另一端分别通过第二电容连接下U形槽的两侧。
[0010]进一步地，耦合系数重构组件的PIN二极管以每隔四分之一工作波长设于间隙处。
[0011]进一步地，两个半模类梳状线基片集成波导的内侧平行设置。
[0012]进一步地，弧形微带线与梯形过渡区的阻抗均为50欧姆。
[0013]进一步地，两个对称设置的金属贴片中，上层的金属贴片的弧形微带线的端部分别形成耦合端口和隔离端口，下层的金属贴片的弧形微带线的端部分别形成输入端口和直通端口。
[0014]进一步地，通过直流偏置控制耦合系数重构组件的PIN二极管的通断，实现耦合系数的调节。
[0015]进一步地，该基于HMCSIW的新型耦合系数可重构的耦合器的耦合系数调节过程为，通过控制耦合系数重构组件的PIN二极管的导通个数增加，使能量的传递加强，耦合系数增大；通过控制耦合系数重构组件的PIN二极管的导通个数减少，使能量的传递减弱，耦合系数减小。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017]一、该种基于HMCSIW的新型耦合系数可重构的耦合器，能够实现改变耦合系数的大小，无需改变耦合器尺寸，就能够实现多种耦合系数的切换。实现了类梳状线基片集成波导的耦合系数可重构性能，同时保持耦合器在各个状态下的工作性能。
[0018]二、本专利技术通过在PIN二极管和两侧的半模类梳状线基片集成波导HMCSIW之间用电容连接，能够隔断给PIN二极管进行直流偏置的电压，这样就可以单独控制每个PIN二极管的通断，能够在不改变耦合器尺寸的情况下，实现多种耦合系数之间的灵活切换。
[0019]三、该种基于HMCSIW的新型耦合系数可重构的耦合器，能够通过控制两个HMCSIW之间的PIN二极管的导通或者断开的个数，实现耦合系数的数字调控，经实验验证，相位稳定，各个状态下的工作带宽、反射系数和隔离度表现良好。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例基于HMCSIW的新型耦合系数可重构的耦合器的结构示意图；
[0021]图2是实施例中半模类梳状线基片集成波导和耦合系数重构组件的结构示意图；
[0022]图3是实施例类梳状线基片集成波导可重构耦合器的具体示例在0个二极管导通下的S参数和相位差仿真示意图；
[0023]图4是实施例类梳状线基片集成波导可重构耦合器的具体示例在1个二极管导通下的S参数和相位差仿真示意图；
[0024]图5是实施例类梳状线基片集成波导可重构耦合器的具体示例在2个二极管导通下的S参数和相位差仿真示意图；
[0025]图6是实施例类梳状线基片集成波导可重构耦合器的具体示例在3个二极管导通
下的S参数和相位差仿真示意图；
[0026]图7是实施例类梳状线基片集成波导可重构耦合器的具体示例在4个二极管导通下的S参数和相位差仿真示意图；
[0027]图8是实施例类梳状线基片集成波导可重构耦合器的具体示例在5个二极管导通下的S参数和相位差仿真示意图；
[0028]图9是实施例类梳状线基片集成波导可重构耦合器的具体示例在6种情况下的S参数和相位差的说明示意图；
[0029]其中：1
‑
介质基板，2
‑
第一金属层，3
‑
间隙，4
‑
U形槽对，5
‑
耦合系数重构组件；
[0030]21
‑
半模类梳状线基片集成波导，22
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于HMCSIW的新型耦合系数可重构的耦合器，包括介质基板、介质基板上下表面的第一金属层和第二金属层，第一金属层包括两个对称设置的金属贴片，每个金属贴片包括半模类梳状线基片集成波导、梯形过渡区和四分之一圆的弧形微带线，半模类梳状线基片集成波导的两端分别连接梯形过渡区，梯形过渡区的端部分别连接弧形微带线，第一金属层设有若干U形槽对和耦合系数重构组件，U形槽对包括上U形槽和下U形槽，上U形槽和下U形槽分别对称设于两个半模类梳状线基片集成波导的开放边缘之间，两个半模类梳状线基片集成波导开放边缘之间设有间隙，间隙处设有耦合系数重构组件。2.如权利要求1所述的基于HMCSIW的新型耦合系数可重构的耦合器，其特征在于：耦合系数重构组件包括若干PIN二极管、若干第一电容和若干第二电容，PIN二极管中心对称设于间隙处，且PIN二极管分别设于上U形槽和下U形槽之间，上U形槽的两侧分别设有第一电容，下U形槽的两侧分别设有第二电容，PIN二极管的一端分别通过第一电容连接上U形槽的两侧，PIN二极管的另一端分别通过第二电容连接下U形槽的两侧。3.如权利要求2所述的基于HMCSIW的新型耦合系数可重构的耦合器，其特征在于：耦合系数重构组件的PIN二极管以每隔四分之一工作波长设于间隙处...

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