CN103066367B - 集成波导定向耦合器 - Google Patents

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Abstract

集成波导定向耦合器，涉及微波/毫米波技术。本发明包括两块平行叠放的第一基片集成波导和第二基片集成波导，在位于上方的第一基片集成波导的下宽壁和位于下方的第二基片集成波导的上宽壁都设有两排圆形耦合孔，两个波导上的耦合孔完全重合；第一基片集成波导的下宽壁的第一排耦合孔的圆心直线排列，第二排耦合孔的圆心直线排列，两排耦合孔的圆心排列线平行，且第一排耦合孔和第二排耦合孔沿宽壁在传输方向的中线对称。本发明具有较宽的工作带宽和较小的插入损耗。

Description

集成波导定向耦合器
技术领域
本发明涉及微波/毫米波技术。
背景技术
定向耦合器是一种具有方向性的功率耦合器件，可以利用耦合出的功率进行检测或功率的调节。定向耦合器在微波技术的各个领域中用途很广泛，是一种最基本的微波元件之一。描述定向耦合器的基本指标有耦合度、隔离度、方向性、工作带宽等。目前主要的定向耦合器包括微带和波导定向耦合器，但微带线由于传输损耗大因而不适于工作在毫米波段，介质波导和矩形波导等非平面波导结构虽然损耗很小性能很高，但由于体积大以及难以集成加工，很难广泛地应用于高度集成的系统中。为了使定向耦合器能达到强抗干扰性、低损耗、体积小、重量轻的要求，目前已经出现了采用基片集成波导技术的例子。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种小型化，易于集成，能提供弱耦合的基片集成波导定向耦合器。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，集成波导定向耦合器，包括两块平行叠放的第一基片集成波导和第二基片集成波导，在位于上方的第一基片集成波导的下宽壁和位于下方的第二基片集成波导的上宽壁都设有两排圆形耦合孔，两个波导上的耦合孔完全重合；
第一基片集成波导的下宽壁的第一排耦合孔的圆心直线排列，第二排耦合孔的圆心直线排列，两排耦合孔的圆心排列线平行，且第一排耦合孔和第二排耦合孔沿宽壁在传输方向的中线对称。
进一步的说，第一排耦合孔和第二排耦合孔分别由4个孔组成，位于中间的两个耦合孔尺寸相同，位于两边的耦合孔尺寸亦相同。耦合孔距离相应一侧的窄壁距离为0.22个宽壁长度，每排耦合孔的孔间距固定为四分之一波导波长，耦合孔的尺寸符合切比雪夫阵。
本发明的有益效果是：
1)易于加工，整个结构可以直接采用传统的PCB工艺在覆金属片的介质基板上加工得以实现。
2)具有较宽的工作带宽和较小的插入损耗。
3)相对于传统的波导耦合器，本发明体积小，结构简单，能方便的集成在高频段的电路中。
4)本发明可以获得弱耦合，原因在于：由圆形耦合孔实现耦合，通过比例缩放所有耦合孔的尺寸，可以调节耦合强度，耦合孔变大则耦合增强，耦合孔变小则耦合减弱。
5)本发明具有较好的方向性，原因在于：通过微调大小耦合孔的尺寸比，可以调节隔离度，而耦合度不会受到太大的影响，从而使方向性得到优化。
附图说明
图1是本发明的主视图。
图2是本发明沿公共宽壁的剖视图。
图3是本发明的测试结果曲线图。S11为回波损耗，S21为插入损耗，S31为分贝耦合度，S41为分贝隔离度。
具体实施方式
本发明包括两块双面附有金属贴片的介质基板，每块介质基板上设一个集成波导，两块基板上下叠放，使两个集成波导上下平行排列，位于下面的集成波导两端分别设置输入端和直通端，位于上面的集成波导两端分别设置隔离端和耦合端，其中输入端和隔离端处于同一侧，直通端和耦合端处于另一侧，在公共宽壁上设置双排圆形耦合孔阵，耦合孔距离相应的窄壁距离为0.22个宽壁长度，每排耦合孔的孔间距固定为四分之一波导波长，耦合孔的尺寸按切比雪夫阵的计算方式确定：
a.通过查表得到4孔阵的相对电压耦合系数ai；
b.由耦合度指标C计算出各孔的分贝耦合
c.利用bethe小孔耦合公式可由各孔的分贝耦合Ci算出各孔的尺寸。
实施例：
本实施例包括上下叠放的第一基片集成波导（6）和第二基片集成波导（7），每一片集成波导是在双面覆铜的介质基板上打上金属化通孔（5）构成，位于下面的第二集成波导（7）两端分别设置有输入端（1）和直通端（2），位于上面的第一基片集成波导（6）两端分别设置隔离端（4）和耦合端（3），其中输入端（1）和隔离端（4）处于同一侧，直通端（2）和耦合端（3）处于另一侧。
在处于上方的第一集成波导（6）的下宽壁的铜片上设置有两排圆形耦合孔，下方的第二集成波导（7）的上宽壁侧的铜片上也设置有两排圆形耦合孔，两片集成波导通过两排耦合孔实现耦合。耦合孔可以通过刻蚀产生。两个集成波导的耦合孔完全重合，重叠的两个集成波导的尺寸也相同，因此描述第一集成波导（6）的耦合孔的参数即可。
第一基片集成波导（6）的下宽壁的第一排耦合孔（8）的圆心直线排列，第二排耦合孔（9）的圆心直线排列，两排耦合孔的圆心排列线平行，且第一排耦合孔（8）和第二排耦合孔（9）沿宽壁在传输方向的中线对称。
耦合孔距离相应的窄壁距离（10）为0.22个宽壁长度（12），每排耦合孔的孔间距（11）固定为四分之一波导波长，
本发明的仿真结果如图3所示，在Ku全波段内方向性大于25dB，耦合平整度小于1dB。
说明书已经充分说明本发明的原理和必要技术内容，普通技术人员能够依据说明书实施本发明，例如依据切比雪夫阵确定具体参数，故不再赘述更加具体的细节。

Claims (1)

1.集成波导定向耦合器，其特征在于，包括两块平行叠放的第一基片集成波导(6)和第二基片集成波导(7)，在位于上方的第一基片集成波导(6)的下宽壁和位于下方的第二基片集成波导(7)的上宽壁都设有两排圆形耦合孔，两个波导上的耦合孔完全重合；
第一基片集成波导(6)的下宽壁的第一排耦合孔(8)的圆心直线排列，第二排耦合孔(9)的圆心直线排列，两排耦合孔的圆心排列线平行，且第一排耦合孔(8)和第二排耦合孔(9)沿宽壁在传输方向的中线对称；
第一排耦合孔(8)和第二排耦合孔(9)分别由4个孔组成，位于中间的两个耦合孔尺寸相同，位于两边的耦合孔尺寸亦相同；耦合孔距离相应一侧的窄壁距离为0.22个宽壁长度，每排耦合孔的孔间距固定为四分之一波导波长，耦合孔的尺寸符合切比雪夫阵；
所述窄壁由基片集成波导中的同一排的多个金属化通孔构成，所述宽壁为构成窄壁的两排通孔之间的金属层。
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