CN100388556C - 基片集成波导180度三分贝定向耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涉及毫米波与微波器件的基片集成波导180度三分贝定向耦合器，包括双面设有金属贴片的介质基片，在介质基片上设有2个基片集成波导，一个基片集成波导的分别设有输入端和输出端，另一个基片集成波导分别设有隔离端和耦合端，2个基片集成波导由3行平行的金属化通孔构成，基片集成波导内分别设有H平面嵌块，H平面嵌块由相互平行的成行金属化通孔构成，在靠近输出端的基片集成波导内的区域设有周期性慢波结构，该周期性慢波结构由分别设在基片集成波导靠近输出端部分的两内壁上的成列金属化通孔构成。本发明具有体积小、成本低、易集成、性能好的等优点。

Description

基片集成波导180度三分贝定向耦合器

技术领域

本发明涉及一种毫米波与微波器件，尤其涉及一种基片集成波导180度三分贝定向耦合器。

背景技术

在现有的毫米波与微波器件中，能实现180度相位差输出的定向耦合器体积偏大，加工难度与成本较高，难以完全集成到现有的电路中去。与此同时，能实现180定向耦合功能的结构比如微带环结构、E面波导结构或者多层波导结构具有损耗偏大、金属构件加工精度要求高，体积偏大且无法大规模生产等方方面面的不足，因此设计一种基于单层印刷电路板(PCB)工艺和基片集成波导(SIW)结构的180度耦合器，使之具有成本低、性能好、集成度高和易于大规模生产等优点，因而具有重要的意义。

发明内容

本发明提供一种体积小、成本低、易集成、性能好的基片集成波导180度三分贝定向耦合器。

本发明采用如下技术方案：

一种涉及毫米波与微波器件的基片集成波导180度三分贝定向耦合器，包括双面设有金属贴片的介质基片，在介质基片上设有2个基片集成波导，在其中一个基片集成波导的两端分别设有输入端和输出端，在另一个基片集成波导的两端分别设有隔离端和耦合端，上述2个基片集成波导由3行平行的金属化通孔构成，在中间的成行金属化通孔上设有耦合缝，在基片集成波导内分别设有H平面嵌块，H平面嵌块分别与紧邻于两边的成行金属化通孔且H平面嵌块与耦合缝相对，上述H平面嵌块由相互平行的成行金属化通孔构成，在靠近输出端的基片集成波导内的区域设有周期性慢波结构，该周期性慢波结构由分别设在基片集成波导靠近输出端部分的两内壁上的成列金属化通孔构成。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明在定向耦合器的输出端采用以对称设置在基片集成波导内壁上成列金属化通孔为基本单元所组成的周期性慢波结构，利用慢波结构的相移特性，使定向耦合器的输出端与耦合端之间能实现180度相位差。本发明具体优点如下：

1.低损耗；由于这个基片集成波导(SIW)结构中的上、下金属敷层和两侧的金属化通孔对工作频带内的电磁波呈现为一种类似传统矩形金属波导的封闭结构，所以电磁能量不会耗散到该结构之处，因而具有低损耗的特性。

2.低成本；由于该基片集成波导(SIW)结构仅由单层介质板外加上、下两层金属敷层和两侧的金属化通孔构成，所以可以采用目前非常成熟的单层印刷电路板(PCB)生产工艺来生产，成本十分低廉。

3.加工难度低，易于大规模生产；传统的矩形金属波导对加工精度要求非常高，加工难度大，故不可能大规模生产。而该基片集成波导(SIW)结构采用单层印刷电路板(PCB)生产工艺就可能达到要求的精度并有满意的性能，所以能够大规模生产，加工难度也低了很多。

4.尺寸小，易于集成；由于该基片集成波导(SIW)结构采用单层印刷电路板(PCB)工艺生产，所以可以作为印刷电路板的一部分被集成到大规模电路中去，避免了很多设计上的麻烦。

5.器件上、下表面均有金属覆盖，抗干扰能力强；

6.耦合器工作频带内的带内耦合度高；

7.耦合器的输出端与耦合端之间能相位差波动小。

附图说明

图1是本发明的结构主视图。

图2是本发明的结构侧视图。

图3是本发明的结构后视图。

图4是本发明耦合性能对比曲线图，显示耦合器耦合性能的S₂₁与S₃₁曲线在工作频带内的仿真与测试数据对比。两条曲线的波动均在±0.3dB以内，因此可以认为耦合度较好。

图5是本发明驻波性能与隔离性能曲线图，显示耦合器入射端与隔离端工作性能的S₁₁与S₄₁曲线在工作频带内的仿真与测试数据对比。两条曲线的测试结果均在-12dB以下，隔离端对应的曲线均在-20dB以下，因此上述两端口的性能符合日常工作要求，大于20dB的隔离度的性能较为理想。

图6是本发明输出相位性能曲线图，显示耦合器输出端与耦合端的相位差的绝对值曲线。从10.50GHz到11.35GHz的频带内，上述两端口之间的相位差波动均小于±5度。因此相位稳定度较好。

图7是本发明的金属化通孔的结构示意图。

具体实施方式

一种涉及毫米波与微波器件的基片集成波导180度三分贝定向耦合器，包括双面设有金属贴片2、3的介质基片1，在介质基片1上设有2个基片集成波导4、5，在其中一个基片集成波导4的两端分别设有输入端41和输出端42，在另一个基片集成波导5的两端分别设有隔离端51和耦合端52，上述2个基片集成波导4、5由3行平行的金属化通孔构成，在中间的成行金属化通孔上设有耦合缝6，在基片集成波导4、5内分别设有H平面嵌块71、72，H平面嵌块71、72分别与紧邻于两边的成行金属化通孔相对，且H平面嵌块71、72与耦合缝6相对，H平面嵌块71、72的宽度略小于耦合缝6的宽度，上述H平面嵌块71、72由相互平行的成行金属化通孔构成，该金属化通孔的行数是根据实验来确定的，行数过少则起不到加强耦合的作用；行数过多则反射增加，驻波性能变坏，在靠近输出端42的基片集成波导4内的区域设有周期性慢波结构8，该周期性慢波结构8由紧邻基片集成波导4的两内壁的成列金属化通孔构成，根据慢波结构的相关理论可以确定相应的金属化通孔的列数的大致范围，然后根据实验做出适当增加3-5列，就可以得到满意的结果。上述金属化通孔是在介质基片上开设通孔，在通孔内壁上设置金属套61并将金属套与覆于介质基片双侧的金属贴片连接起来。

Claims (1)

1.一种涉及毫米波与微波器件的基片集成波导180度三分贝定向耦合器，其特征在于包括双面设有金属贴片(2、3)的介质基片(1)，在介质基片(1)上设有2个基片集成波导(4、5)，在其中一个基片集成波导(4)的两端分别设有输入端(41)和输出端(42)，在另一个基片集成波导(5)的两端分别设有隔离端(51)和耦合端(52)，上述2个基片集成波导(4、5)由3行平行的金属化通孔构成，在中间的成行金属化通孔上设有耦合缝(6)，在基片集成波导(4、5)内分别设有H平面嵌块(71、72)，H平面嵌块(71、72)分别与紧邻于两边的成行金属化通孔相对，且H平面嵌块(71、72)与耦合缝(6)相对，上述H平面嵌块(71、72)由相互平行的成行金属化通孔构成，在靠近输出端(42)的基片集成波导(4)内的区域设有周期性慢波结构(8)，该周期性慢波结构(8)由紧邻基片集成波导(4)的两内壁的成列金属化通孔构成。

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