CN105024129A - 基于折叠型基片集成波导的新型平面魔t - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于折叠型基片集成波导的新型平面魔T，利用折叠型基片集成波导实现H面功分器，代替传统的槽线激励基片集成波导的T型结，实现了平面魔T。具有更小的泄露损耗，更大的功率容量，以及更大的带宽。借助于折叠型基片集成波导和传统的基片集成波导的开路和短路特性，在两个输入端口间实现了较高的隔离度，并且两个输出端口的幅度和相位不平衡度非常小，提高了魔T的性能，简化了设计过程，易于应用到更高的频带。H面和E面T型结的重叠使得该结构具有高集成度，符和现代无线通信平面化、小型化以及高性能的要求。

Description

基于折叠型基片集成波导的新型平面魔T

技术领域

本发明涉及一种基于折叠型基片集成波导的新型平面魔T，属于微波技术领域。

背景技术

自从折叠型基片集成波导被提出以后，引起了广大研究者的兴趣。通过与平面电路集成，已经被应用于微波滤波器和天线中，降低了电路的尺寸。基于传统矩形波导的三维魔T结构尺寸很大，不易集成，由于微波电路趋于平面化，已经被很多学者扩展到平面电路上。但是由于槽线到基片集成波导过渡的窄带限制，魔T的相对带宽都较小。这就促使设计出更宽频带的过渡。设计宽带微带线到折叠型基片集成波导的过渡，可以将其应用到魔T结构，满足微波、毫米波电路平面化和小型化的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于折叠型基片集成波导的新型平面魔T，在该新型平面魔T中，应用了集成度更高的折叠型基片集成波导，进一步减小了电路尺寸。同时，H面和E面T型结相对于差分端口和和端口分别隔离，可以将二者重合设计，进一步提高了集成度。两种功分器相对于输出端口可以独立地调节匹配，给设计过程带来了很大的便利，而且扩展了以往魔T结构的带宽。简单的设计过程使得该魔T在不同的频带上都可以很容易地实现。具有更加广泛的应用前景。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种基于折叠型基片集成波导的新型平面魔T，包括上、下层介质基板、顶层金属层、中间金属层、底层金属层、第一至第六金属通孔列，顶层金属层位于上层介质基板的上表面，中间金属层位于上、下层介质基板之间，底层金属层位于下层介质基板的下表面；

第一、第二金属通孔列平行，且与顶层金属层、中间金属层、底层金属层构成FSIW，其中，第一金属通孔列连通顶层金属层、中间金属层、底层金属层，第二金属通孔列连通顶层金属层、底层金属层，第二金属通孔列与中间金属层之间存在间隙；第三、第四金属通孔列平行，且与顶层金属层、底层金属层构成第一SIW，其中，第三、第四金属通孔列均连通顶层金属层、底层金属层，第三、第四金属通孔列之间没有中间金属层，且第三金属通孔列与第一金属通孔列在同一直线上；第五、第六金属通孔列平行，且与顶层金属层、中间金属层构成第二SIW，与中间金属层、底层金属层构成第三SIW，其中，第五、第六金属通孔列均连通顶层金属层、中间金属层、底层金属层，且第五金属通孔列与第一金属通孔列垂直且两者的一端相连，第六金属通孔列与第三金属通孔列垂直且两者的一端相连，第五、第六金属通孔列的间距与第三、第四金属通孔列的间距相同；顶层金属层上设置有第一、第二微带线，其中，第一微带线与第一SIW之间通过第一锥形过渡结构连接，作为激励差分端口；第二微带线与第二SIW之间通过第二锥形过渡结构连接，作为第一输出端口；中间金属层上设置有第三微带线、短路支节线，其中，第三微带线与FSIW之间通过带状线连接，作为和端口；中间金属层通过短路支节线与第四金属通孔列连接；底层金属层上设置有第四微带线，第四微带线与第三SIW之间通过第三锥形过渡结构连接，作为第二输出端口；FSIW与第二、第三SIW构成H面T型结，第一SIW与第二、第三SIW构成E面T型结，且H面T型结与E面T型结重合。

作为本发明的进一步优化方案，第一至第四微带线的特性阻抗均为50欧姆。

作为本发明的进一步优化方案，在带状线两侧还对称设置有金属通孔。

作为本发明的进一步优化方案，第一、第二金属通孔列的间距等于第三、第四金属通孔列间距的一半加1mm。

作为本发明的进一步优化方案，第二金属通孔列与中间金属层之间的距离为1mm。

作为本发明的进一步优化方案，第一、第二金属通孔列之间设置有一个连通顶层金属层、中间金属层、底层金属层的金属通孔，用于调节带状线到FSIW的匹配。

作为本发明的进一步优化方案，金属通孔距离第一金属通孔列1.2mm。

作为本发明的进一步优化方案，上、下层介质基板的厚度相同。

作为本发明的进一步优化方案，短路支节线垂直于与其相连的中间金属层的边沿。

作为本发明的进一步优化方案，与短路支节线相连的中间金属层边沿45°倾斜。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1）本发明结构包括两层同样厚度的介质基板、折叠型基片集成波导、传统基片集成波导、调节匹配的中间金属层及金属通孔，引入新型宽带微带线到折叠型基片集成波导的过渡，扩展了该新型平面魔T的带宽；

2）本发明尺寸小、集成度高，利用紧凑度更高的折叠型基片集成波导与重合的H面和E面T型结，降低了电路的尺寸；

3）本发明所有微带线端口的特性阻抗均设计为50欧姆，以匹配实际应用；

4）本发明具有平面化、小型化、宽频带的特点，具有功率合成、等分以及相位均衡的功能，且设计过程简单，易于应用到不同频带的微波、毫米波电路中。

附图说明

图1是本发明的三维结构图。

图2是底层金属层的结构图。

图3是中间金属层的结构图。

图4是顶层金属层的结构图。

其中，1-下层介质基板；2-上层介质基板；3-第二金属通孔列；4-第一金属通孔列；5-第三金属通孔列；6-第四金属通孔列；7-第五金属通孔列；8-第六金属通孔列；9-第三微带线；10-带状线两侧的金属通孔；11-带状线；12-短路支节线；13-第一、第二金属通孔列之间的金属通孔；14-第一微带线；15-第一锥形过渡结构；16-第二微带线；17-第二锥形过渡结构；18-第四微带线；19-第三锥形过渡结构。

图5是本发明实施例的仿真和测量的S参数图，其中，（a）是和端口输入时的仿真和测量结果，（b）是差分端口输入时的仿真和测量结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明提供一种基于折叠型基片集成波导的新型平面魔T，如图1至4所示，包括上、下层介质基板、顶层金属层、中间金属层、底层金属层、第一至第六金属通孔列，顶层金属层位于上层介质基板的上表面，中间金属层位于上、下层介质基板之间，底层金属层位于下层介质基板的下表面。

第一、第二金属通孔列平行，且与顶层金属层、中间金属层、底层金属层构成FSIW，其中，第一金属通孔列连通顶层金属层、中间金属层、底层金属层，第二金属通孔列连通顶层金属层、底层金属层，第二金属通孔列与中间金属层之间存在间隙；第三、第四金属通孔列平行，且与顶层金属层、底层金属层构成第一SIW，其中，第三、第四金属通孔列均连通顶层金属层、底层金属层，第三、第四金属通孔列之间没有中间金属层，且第三金属通孔列与第一金属通孔列在同一直线上；第五、第六金属通孔列平行，且与顶层金属层、中间金属层构成第二SIW，与中间金属层、底层金属层构成第三SIW，其中，第五、第六金属通孔列均连通顶层金属层、中间金属层、底层金属层，且第五金属通孔列与第一金属通孔列垂直且两者的一端相连，第六金属通孔列与第三金属通孔列垂直且两者的一端相连，第五、第六金属通孔列的间距与第三、第四金属通孔列的间距相同。

顶层金属层上设置有第一、第二微带线，其中，第一微带线与第一SIW之间通过第一锥形过渡结构连接，作为激励差分端口；第二微带线与第二SIW之间通过第二锥形过渡结构连接，作为第一输出端口；中间金属层上设置有第三微带线、短路支节线，其中，第三微带线与FSIW之间通过带状线连接，作为和端口；中间金属层通过短路支节线与第四金属通孔列连接；底层金属层上设置有第四微带线，第四微带线与第三SIW之间通过第三锥形过渡结构连接，作为第二输出端口。FSIW与第二、第三SIW构成H面T型结，第一SIW与第二、第三SIW构成E面T型结，且H面T型结与E面T型结重合。

本发明中，为了实现基于FSIW的H面T型结，设计了一种新型宽带的微带线到FSIW过渡；为了匹配H面T型结，设计了具有倾斜角度的中间金属层边沿，且在该边沿设计了与第四金属通孔列连接的短路支节线，且当与短路支节线相连的中间金属层边沿倾斜角度为45°，短路支节线垂直于与其相连的中间金属层边沿，可达到最优效果。为了实现基于基片集成波导的E面T型结，第二金属通孔列近似位于第一SIW的中线上，实现了对第一SIW的短路，合理设计其伸入到T型结中的位置以匹配E面T型结。利用FSIW在中间金属层45°倾斜边沿的开路特性，在差分端口实现了高隔离度，并且在两个输出端口实现等幅同相的信号。宽带较大的微带线到FSIW的过渡以及优化得到的中间金属层扩展了该H面功分器的带宽，而对于魔T的差分端口，中间金属层的形状对其几乎没有影响，可独立设计H面和E面功分器，简化了设计过程。差分端口与输出端口的匹配可以通过调节第二金属通孔列伸入到T型结中的位置，从而在更大的带宽上实现较低的回波损耗。由于中间金属层的存在，两个输出端口几乎完全隔离。本发明设计的魔T具有带宽大，设计过程简单，集成度高的优点，具有更加广泛和深远的应用。利用折叠型基片集成波导的开路特性，在满足与差分端口高度隔离的前提下，合理设计中间金属层和短路支节线，在更宽频带实现H面功分器。利用基片集成波导的短路特性，在满足与和端口高度隔离的前提下，调节第二金属通孔列，在较宽频带上实现了E面功分器。

下面通过具体实施例对本发明的具体方案作进一步阐述：

本实施例中，上、下层介质基板均采用Rogers 4003介质板，其介电常数为3.55、厚度为0.8毫米）；顶层金属层、中间金属层、底层金属层分别涂覆在两层介质板的上，金属通孔通过打空气孔再金属涂覆来实现。在加工过程中，上下介质板的精确定位对电路的性能很重要。将加工好的两层介质板用螺丝固定在一起，并焊接SMA接头，使用矢量网络分析仪进行测试。

图5是本发明实施例的仿真和测量的S参数图，其中，（a）是和端口输入时的仿真和测量结果，（b）是差分端口输入时的仿真和测量结果。由图示可知，在第一、第二输入端口具有高隔离度，在 6.65GHz - 9.73GHz频段，隔离度小于-40dB, 且插入损耗小于0.5dB。基于折叠型基片集成波导的魔T，具有小型化，频带宽的特点，在微波、毫米波电路及天线中具有广泛的应用。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.基于折叠型基片集成波导的新型平面魔T，其特征在于，包括上、下层介质基板、顶层金属层、中间金属层、底层金属层、第一至第六金属通孔列，顶层金属层位于上层介质基板的上表面，中间金属层位于上、下层介质基板之间，底层金属层位于下层介质基板的下表面；

第一、第二金属通孔列平行，且与顶层金属层、中间金属层、底层金属层构成FSIW，其中，第一金属通孔列连通顶层金属层、中间金属层、底层金属层，第二金属通孔列连通顶层金属层、底层金属层，第二金属通孔列与中间金属层之间存在间隙；

第三、第四金属通孔列平行，且与顶层金属层、底层金属层构成第一SIW，其中，第三、第四金属通孔列均连通顶层金属层、底层金属层，第三、第四金属通孔列之间没有中间金属层，且第三金属通孔列与第一金属通孔列在同一直线上；

第五、第六金属通孔列平行，且与顶层金属层、中间金属层构成第二SIW，与中间金属层、底层金属层构成第三SIW，其中，第五、第六金属通孔列均连通顶层金属层、中间金属层、底层金属层，且第五金属通孔列与第一金属通孔列垂直且两者的一端相连，第六金属通孔列与第三金属通孔列垂直且两者的一端相连，第五、第六金属通孔列的间距与第三、第四金属通孔列的间距相同；

顶层金属层上设置有第一、第二微带线，其中，第一微带线与第一SIW之间通过第一锥形过渡结构连接，作为激励差分端口；第二微带线与第二SIW之间通过第二锥形过渡结构连接，作为第一输出端口；

中间金属层上设置有第三微带线、短路支节线，其中，第三微带线与FSIW之间通过带状线连接，作为和端口；中间金属层通过短路支节线与第四金属通孔列连接；

底层金属层上设置有第四微带线，第四微带线与第三SIW之间通过第三锥形过渡结构连接，作为第二输出端口；

FSIW与第二、第三SIW构成H面T型结，第一SIW与第二、第三SIW构成E面T型结，且H面T型结与E面T型结重合。

2.根据权利要求1所述的基于折叠型基片集成波导的新型平面魔T，其特征在于，第一至第四微带线的特性阻抗均为50欧姆。

3.根据权利要求1所述的基于折叠型基片集成波导的新型平面魔T，其特征在于，在带状线两侧还对称设置有金属通孔。

4.根据权利要求1所述的基于折叠型基片集成波导的新型平面魔T，其特征在于，第一、第二金属通孔列的间距等于第三、第四金属通孔列间距的一半加1mm。

5.根据权利要求1所述的基于折叠型基片集成波导的新型平面魔T，其特征在于，第二金属通孔列与中间金属层之间的距离为1mm。

6.根据权利要求1所述的基于折叠型基片集成波导的新型平面魔T，其特征在于，第一、第二金属通孔列之间设置有一个连通顶层金属层、中间金属层、底层金属层的金属通孔，用于调节带状线到FSIW的匹配。

7.根据权利要求6所述的基于折叠型基片集成波导的新型平面魔T，其特征在于，金属通孔距离第一金属通孔列1.2mm。

8.根据权利要求1所述的基于折叠型基片集成波导的新型平面魔T，其特征在于，上、下层介质基板的厚度相同。

9.根据权利要求1所述的基于折叠型基片集成波导的新型平面魔T，其特征在于，短路支节线垂直于与其相连的中间金属层的边沿。

10.根据权利要求1所述的基于折叠型基片集成波导的新型平面魔T，其特征在于，与短路支节线相连的中间金属层边沿45°倾斜。