CN106816677B - 一种基于基片集成波导的耦合器 - Google Patents
一种基于基片集成波导的耦合器 Download PDFInfo
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Abstract
本申请提供了一种基于基片集成波导的耦合器以及包括该耦合器的天线。基于基片集成波导的耦合器包括：设置有连续等间隔的第一类金属化通孔和至少两个第二类金属化通孔的基片集成波导。第一类金属化通孔用于构成微波从耦合器的输入端口传输到所述耦合器的输出端口之间的传输路径。第二类金属化通孔设置在传输路径内，且在微波的传输方向上位于耦合器的分流槽之后。并且第二类金属化通孔与所述分流槽的距离小于或等于微波的波长。相邻的第二类金属化通孔的最短间距大于相邻的第一类金属化通孔的最短间距。第二类金属化通孔能够使得馈入输入端口的微波的大部分能量从传输方向上的输出端口馈出，从而实现耦合器在传输方向上的弱耦合。
Description
技术领域
本申请涉及通信领域，尤其涉及一种基于基片集成波导的耦合器。
背景技术
在微波系统中，往往需将一路微波功率按比例分成几路，即将微波进行功率分配。耦合器是最常用的功率分配器件，在通信系统中有重要作用。而超低耦合度的耦合器往往用于校正、检测电路，是重要的基础器件。
基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide，SIW)是介于微带与介质填充波导之间的一种传输线。SIW兼顾传统波导和微带传输线的优点，可实现高性能微波毫米波平面电路。SIW的结构如图1所示，其中，将与(微波的)传输方向相垂直的两条边中较长的边定义为宽边，较短的边定义为窄边。在介质基片的上下表面(由宽边和沿传输方向的边确定的表面)覆盖有金属层，并且，设置有贯穿上表面金属层、介质基片和下表面金属层的周期性金属化通孔。周期性金属化通孔的作用为屏蔽电磁场的外泄，以形成微波的传输路径。
基于SIW的耦合器是目前常用的耦合器。但是，现有的基于SIW的耦合器不能实现传输方向上的弱耦合(弱耦合的标准为馈出的功率与输入的功率之比不大于1:10)，即如图1所示，在传输方向上的输出端口，只能接收到大功率的微波(输出的微波的功率跟输入端口馈入的微波的功率之比大于1:10)，而不能接收到小功率的微波(输出的微波的功率跟输入端口馈入的微波的功率之比不大于1:10)。
发明内容
本申请提供了一种基于基片集成波导的耦合器，目的在于解决现有的基于SIW的耦合器不能实现传输方向上的弱耦合的问题。
为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案：
本申请的第一方面提供了一种基于基片集成波导的耦合器，包括：设置有第一类金属化通孔和至少两个第二类金属化通孔的基片集成波导。所述第一类金属化通孔为连续等间隔的金属化通孔。所述第一类金属化通孔用于构成微波从所述耦合器的输入端口传输到所述耦合器的输出端口之间的传输路径。所述第二类金属化通孔设置在所述传输路径内。所述第二类金属化通孔在所述微波的传输方向上位于所述耦合器的分流槽之后，并且所述第二类金属化通孔与所述分流槽的距离小于或等于所述微波的波长，其中，所述分流槽用于将所述微波从一条传输路径分流到多条传输路径。相邻的所述第二类金属化通孔的最短间距大于相邻的所述第一类金属化通孔的最短间距，所述最短间距为中心点之间的距离与直径之差。第二类金属化通孔能够使得馈入输入端口的微波的大部分能量从传输方向上的输出端口馈出，从而实现耦合器在传输方向上的弱耦合。
本申请的第二方面提供了一种天线，包括上述的基于基片集成波导的耦合器。
在一种实现方式中，耦合器还包括：沿所述微波的传输方向、设置在所述耦合器的分流槽之前的第三类金属化通孔。在分流槽之前设置第三类金属化通孔的作用为，阻止微波返回输入端口。
在一种实现方式中，所述第三类金属化通孔的数量为1。
在一种实现方式中，所述第二类金属化通孔越密集，从所述耦合器的沿所述微波的传输方向的端口馈出的能量越小。因此可以通过调节第二类金属化通孔的密度，调节微波的传输方向的端口馈出的能量的大小。
在一种实现方式中，所述分流槽包括：通过开槽的方式设置在所述基片集成波导的金属层的所述耦合器的输出端口。
在一种实现方式中，所述分流槽包括：由所述第一类金属化通孔与第四类金属化通孔构成的间隙，所述第一类金属化通孔与第四类金属化通孔的最短间距大于相邻的所述第一类金属化通孔的最短间距。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为SIW的结构示意图；
图2为本申请实施例公开的基于SIW的耦合器的应用场景示意图；
图3为本申请实施例公开的一种基于SIW的耦合器的结构示意图；
图4为本申请实施例公开的又一种基于SIW的耦合器的结构示意图；
图5为本申请实施例公开的又一种基于SIW的耦合器的结构示意图；
图6为本申请实施例公开的又一种基于SIW的耦合器的结构示意图。
具体实施方式
图2为微波通信系统的架构，包括室外宏站、室外小基站和室内分布系统。室外宏站和室外小基站具有天线。
本申请实施例提出的基于SIW的耦合器可以设置在室外宏站和室外小基站的天线中。
图3为本申请实施例提出的一种基于SIW的耦合器的沿传输方向的切面图，其中包括：SIW以及设置在SIW上的第一类金属化通孔和第二类金属化通孔。为了便于表述，以下将第二类金属化通孔称为短路钉。
其中，耦合器的输入端口设置在SIW的一端且与传输方向相垂直的平面上，耦合器的第一输出端口通过开槽的方式设置在SIW的金属层表面，耦合器的第二输出端口设置在SIW的另一端且与传输方向相垂直的平面上。
第一类金属化通孔为SIW上设置的周期性的金属化通孔，与图1所示相同，这些周期性的金属化通孔的作用为屏蔽电磁场的外泄，以形成微波的从输入端口到输出端口的传输路径。
因此，在图3所示的耦合器中，微波从输入端口馈入耦合器后，沿着第一类金属化通孔构成的传输路径传输，一部分从第一输出端口馈出，另一部分从第二输出端口馈出。可见，第一输出端口将微波分类为两支，即使得微波的传输路径从一条分流为两条。因此，第一输出端口为耦合器的分流槽。
短路钉为贯穿SIW(包括两层金属层以及介质基片)的金属化通孔，其作用为使得微波的大部分能量从第一输出端口馈出，小部分能量从第二输出端口馈出，以实现传输方向上的弱耦合。
图4为图3所示的基于SIW的耦合器的俯视图，与第一类金属化通孔相比，短路钉特有的设置规则为：
1、短路钉位于第一类金属化通孔构成的传输路径之内，如图4所示，分布在SIW两侧的第一类金属化通孔相对的区域为微波的传输路径，短路钉要位于这个区域之内，而不能位于一侧的第一类金属化通孔与该侧SIW的边缘构成的区域中。
2、在传输方向上，短路钉设置在第一输出端口之后，且与第一输出端口的距离小于或等于1个波长，该波长为耦合器中传输的微波的波长。
3、短路钉的数量至少为两个，且相邻的两个短路钉之间的最短间距(最短间距为中心点之间的距离减去直径)大于沿传输方向的相邻的两个第一类金属化通孔的最短间距。即假设相邻的两个短路钉的中心点之间的间距为A，短路钉的直径为D，则A-D＞p-d(如图1中所示，d为第一类金属化通孔的直径，p为沿传输方法的相邻的两个第一类金属化通孔的中心点的距离)。
基于上述规则设置的短路钉，能够使得馈入输入端口的微波的大部分能量从第一输出端口馈出，小部分能量从第二输出端口馈出，从而实现了耦合器在传输方向上的弱耦合。
按照上述规则设置的短路钉越密集，即短路钉之间的最短间距越小，则从第二输出端口馈出的微波的功率越小，反之，按照上述原则设置的短路钉越稀疏，即短路钉之间的最短间距越大，从第二输出端口馈出的微波的功率越大。
需要说明的是，图3以及图4中所示的基于SIW的耦合器，通过K头(图中为画出)为输入端口馈电，通过调节第一输出端口的开缝大小调节端口和的S参数，具体方式可以参见现有技术，这里不再赘述。
图5为本申请实施例提供的又一种基于SIW的耦合器的俯视图，与图4相比区别在于：沿传输方向，在第一输出端口之前设置了短路钉，为了与图3以及图4所示的短路钉区分，将图3以及图4所示的短路钉称为第一类短路钉(即第二类金属化通孔)，将图5所示的在第一输出端口之前设置的短路钉称为第二类短路钉(即第三类金属化通孔)。
第二类短路钉的作用为，阻止微波返回输入端口，其设置遵循上述规则1，数量可以为1个或多个。
图3至图5均以一输入两输出的SIW为例进行说明，除了一输入两输出的SIW，本申请所述的通过短路钉实现传输方向上的弱耦合的技术还可以应用在其它输出类型的SIW上，构成与图3～图5不同的耦合器。
图6为本申请实施例提供的又一种基于SIW的耦合器的俯视图，其中，SIW的一端与传输方向相垂直的平面上设置有输入端口和第一输出端口，SIW的另一端与传输方向相垂直的平面上设置有第二输出端口和第三输出端口。
与图3至图5不同的是，图6中的SIW上的第一类金属化通孔构成三条传输路径(虚线所示)，第一条传输路径的起点为输入端口，终点为第二输出端口。第二条传输路径的起点为输入端口，终点为第一输出端口。第三条传输路径的起点为输入端口，终点为第三输出端口。其中，金属化通孔#1(可以称为第四类金属化通孔)与其相邻的第一类金属化通孔的最短间距大于相邻的第一类金属化通孔的最短间距，因此，金属化通孔#1与其相邻的第一类金属化通孔构成分流槽，其作用为使得从输入端口馈入的微波从第一条传输路径馈出，以形成第二及第三条传输路径。
在第一条传输路径内，设置有第一类短路钉和第二类短路钉，第一类短路钉设置在沿传输方向，金属化通孔#1之后，且与金属化通孔#1的距离小于或等于1个波长，该波长为耦合器中传输的微波的波长。第二类短路钉的设置与图5所示相同，这里不再赘述。
由于第一类短路钉的设置，图6中所示的基于SIW的耦合器，能够得到传输方向上的弱耦合信号。
图3至图6所示的基于SIW的耦合器可以设置在图2所示的天线上，实现传输方向上的弱耦合。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
Claims (7)
1.一种基于基片集成波导的耦合器，其特征在于，包括：
设置有第一类金属化通孔和至少两个第二类金属化通孔的基片集成波导；
所述第一类金属化通孔为连续等间隔的金属化通孔；所述第一类金属化通孔用于构成微波从所述耦合器的输入端口传输到所述耦合器的输出端口之间的传输路径；
所述第二类金属化通孔设置在所述传输路径内；所述第二类金属化通孔在所述微波的传输方向上位于所述耦合器的分流槽之后，并且所述第二类金属化通孔与所述分流槽的距离小于或等于所述微波的波长，其中，所述分流槽用于将所述微波从一条传输路径分流到多条传输路径；
相邻的所述第二类金属化通孔的最短间距大于相邻的所述第一类金属化通孔的最短间距，所述最短间距为中心点之间的距离与直径之差。
2.根据权利要求1所述的耦合器，其特征在于，还包括：
沿所述微波的传输方向、设置在所述耦合器的分流槽之前的第三类金属化通孔。
3.根据权利要求2所述的耦合器，其特征在于，所述第三类金属化通孔的数量为1。
4.根据权利要求1或2所述的耦合器，其特征在于，所述第二类金属化通孔越密集，从所述耦合器的沿所述微波的传输方向的端口馈出的能量越小。
5.根据权利要求1或2所述的耦合器，其特征在于，所述分流槽包括：
通过开槽的方式设置在所述基片集成波导的金属层的所述耦合器的输出端口。
6.根据权利要求1或2所述的耦合器，其特征在于，所述分流槽包括：
由所述第一类金属化通孔与第四类金属化通孔构成的间隙，所述第一类金属化通孔与第四类金属化通孔的最短间距大于相邻的所述第一类金属化通孔的最短间距。
7.一种天线，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的耦合器。
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Citations (3)
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| CN103066367A (zh) * | 2012-09-12 | 2013-04-24 | 电子科技大学 | 集成波导定向耦合器 |
| CN203826521U (zh) * | 2014-04-18 | 2014-09-10 | 华南理工大学 | 一种利用微带线实现交叉耦合的基片集成波导滤波器 |
| CN104393388A (zh) * | 2014-12-09 | 2015-03-04 | 电子科技大学 | 太赫兹基片集成波导多路功分器 |
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