CN108736112A - 微波电耦合结构及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进的微波电耦合结构及其实现方法，该结构能够实现具有开放边界的基片集成波导之间的电耦合，当应用在滤波器、振荡器、天线、耦合器等器件中时，可实现高性能指标的微波器件。

Description

微波电耦合结构及其实现方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及微波电耦合结构及其实现方法。

背景技术

普通波导的体积大，不易于集成。基片集成波导(Substrate IntegratedWaveguide，简称SIW)是一种新型微波传输结构。基片集成波导在介质基片上用相邻很近的金属化通孔形成电壁，与上下金属面一起构成类似于普通波导的结构。基片集成波导是介于微带与介质填充波导之间的一种传输线，体积小，易于集成，功率容量高，损耗小，成本低。基片集成波导兼顾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。

将基片集成波导从中心面切割成两部分，就形成两个半模基片集成波导(Half-Mode Substrate integrated waveguide，简称HMSIW)。半模基片集成波导的结构继承了基片集成波导的传播特性。半模基片集成波导与普通基片集成波导相比，尺寸仅有其一半，但性能与其相当。四分之一模基片集成波导(Quarter Mode Substrate IntegratedWaveguide，简称QMSIW)在半模基片集成波导基础上，进行第二次分割，得到四分之一模结构的场，与原有场型具有相同的谐振特性。

半模基片集成波导和四分之一模基片集成波导因场特性与普通基片集成波导相同，因此可以用于微波滤波器的设计。在半模基片集成波导和四分之一模基片集成波导的耦合方案中，一般都是磁耦合。但是磁耦合结构不容易实现带外的传输零点。而使用电耦合方式，可以很容易实现交叉耦合滤波器的传输零点，从而实现具有优异带外抑制性能的滤波器。因此，如何能够利用半模基片集成波导和四分之一模基片集成波导设计出电耦合系数高的微波电耦合结构，是个值得研究的课题。

发明内容

根据本发明的实施例，希望提供一种微波电耦合结构及其实现方法，该结构能够实现具有开放边界的基片集成波导之间的电耦合，当应用在滤波器、振荡器、天线、耦合器等器件中时，可实现高性能指标的微波器件。

根据本发明的一个方面的实施例，提供了一种微波电耦合结构，包括第一基片集成波导和第二基片集成波导，第一基片集成波导包括无金属通孔的开放边界以及具有金属通孔的过孔边界，第二基片集成波导包括无金属通孔的开放边界以及具有金属通孔的过孔边界，其中，

第一基片集成波导的开放边界与第二基片集成波导的开放边界相互靠近；和/或

第一基片集成波导的过孔边界与第二基片集成波导的过孔边界相互远离。

根据本发明另一个方面的实施例，提供了一种实现微波电耦合结构的方法，包括：提供第一基片集成波导和第二基片集成波导，其中第一基片集成波导包括无金属通孔的开放边界和具有金属通孔的过孔边界，第二基片集成波导包括无金属通孔的开放边界和具有金属通孔的过孔边界，该方法包括：

将第一基片集成波导的开放边界和第二基片集成波导的开放边界相互靠近；和/或

将第一基片集成波导的过孔边界和第二基片集成波导的过孔边界相互远离。

根据本发明另一方面的实施例，提供了一种通信系统中的网络设备或终端设备，该网络设备或终端设备包括如前所述的微波电耦合结构。

根据本发明公开的实施例的微波电耦合结构能够实现较高的电耦合系数，因此可以用于基片集成波导滤波器的设计，使滤波器的带外传输零点易于实现，使得滤波器拥有优异的带外抑制特性。

附图说明

通过后面给出的详细描述和附图将会更加全面地理解本发明，其中：

图1a、图1b、图1c、图1d、图1e和图1f示出了根据本发明的实施例的基片集成波导的金属顶层图案的示意图。

图2a、图2b、图2c和图2d示出了根据本发明的示范性实施例的第一、第二基片集成波导的开放边界相互靠近的示意图。

图3a和图3b是根据本发明的示范性实施例的平面电容所在位置范围的示意图。

图4示出了根据本发明的示范性实施例的第一基片集成波导和第二基片集成波导的开放边界处的平面电容的示意图。

图5a和图5b示出了根据本发明的示范性实施例的第一基片集成波导和第二基片集成波导的开放边界处的交指电容的示意图。

图6a、图6b和图6c示出了根据本发明的示范性实施例的第一、第二基片集成波导的过孔边界相互远离的示意图。

图7a和图7b示出了根据本发明的示范性实施例的包括金属槽或金属通孔槽的电耦合结构的示意图。

图8a和图8b示出了根据本发明的示范性实施例的电耦合结构示意图。

图9示出了根据本发明的实施例的实现微波电耦合结构的方法的流程示意图。

应当提到的是，这些附图意图说明在某些示例性实施例中所利用的方法、结构的一般特性，并且对后面提供的书面描述做出补充。但是这些附图并非按比例绘制并且可能没有精确地反映出任何给定实施例的精确的结构或性能特性，并且不应当被解释成定义或限制由示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。在各幅图中使用类似的或完全相同的附图标记是为了表明类似的或完全相同的单元或特征的存在。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

本发明的实施例的微波电耦合结构可以应用在使用基片集成波导的滤波器、天线、振荡器、耦合器等微波器件上，即可以应用在使用这些微波器件的微波电路中。基片集成波导是在介质基片上用相邻很近的金属化通孔形成电壁，与上下金属面一起构成类似于普通波导的结构。基片集成波导的谐振器包括金属顶层、介质层和底层。谐振器的金属通孔穿过金属顶层、介质层和底层，底层全部金属化，以形成电接地。金属通孔、金属顶层和金属底层使用的金属可以是任何一种金属导体。基片集成波导中使用的介质层材料可以是任一种介质材料，例如印制电路板(PCB)的介质材料、玻璃、石英或其替代物。

使用本发明的实施例的电耦合结构可以用于无线通信系统中的网络设备或终端设备。无线通信系统中的网络设备包括有无线收发装置的网络设备，例如基站、移动站、中继站等。这里所使用的术语“基站”可以被视为与以下各项同义并且有时可以被称作以下各项：B节点、演进型B节点、NodeB、eNodeB、基站收发器(BTS)、无线网络控制器RNC等等，并且可以描述在可以跨越多个技术世代的无线通信网络中与移动端通信并且为之提供无线资源的收发器。除了实施这里所讨论的方法的能力之外，这里所讨论的基站可以具有与传统的众所周知的基站相关联的所有功能。无线通信系统中的终端设备包括但不限于智能手机、平板电脑、PDA、PC机等包含有无线收发装置的移动或固定终端。需要说明的是，上述网络设备或终端设备仅为举例，其他现有的或今后可能出现的网络设备或终端设备，如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并以引用方式包含于此。

本发明的实施例的微波电耦合结构，包括第一基片集成波导和第二基片集成波导，第一基片集成波导包括无金属通孔的开放边界以及具有金属通孔的过孔边界，第二基片集成波导包括无金属通孔的开放边界以及具有金属通孔的过孔边界，

其中，第一基片集成波导的开放边界与第二基片集成波导的开放边界相互靠近；和/或

第一基片集成波导的过孔边界与第二基片集成波导的过孔边界相互远离。

本发明实施例中的第一基片集成波导和第二基片集成波导包括无金属通孔的开放边界以及具有金属通孔的过孔边界。一般普通的基片集成波导的谐振器的金属顶层图案的边界是金属过孔，电磁波被限制在金属过孔的谐振腔内。将普通基片集成波导从中间对称面一分为二，不会改变场模式，形成半模基片集成波导。因此半模基片集成波导的谐振器具有无金属通孔的开放边界，以及具有金属通孔的过孔边界。同样，四分之一模基片集成波导是在半模基片集成波导基础上进行进一步分割，因此同样具有无金属通孔的开放边界以及具有金属通孔的过孔边界。再进一步，八分之一模基片集成波导也同样具有开放边界和过孔边界。因此第一基片集成波导或第二基片集成波导可以是半模基片集成波导、四分之一模基片集成波导八分之一模基片集成波导以及其他具有开放边界和过孔边界的基片集成波导。需要说明的是，上述半模基片集成波导、四分之一模基片集成波导、八分之一模基片集成波导等仅为举例，其他现有或今后可能出现的包括无金属通孔的开放边界以及具有金属通孔的过孔边界的基片集成波导，如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并以引用方式包含于此。

优选地，第一基片集成波导包括半模基片集成波导或四分之一模基片集成波导，第二基片集成波导包括半模基片集成波导或四分之一模基片集成波导。在优选实施例中，第一基片集成波导可以是半模基片集成波导或四分之一模基片集成波导中的任一种；第二基片集成波导也可以是半模基片集成波导或四分之一模基片集成波导中的任一种。也就是说在本发明的优选实施例的电耦合结构中，可以是第一基片集成波导为半模基片集成波导，第二基片集成波导为四分之一模基片集成波导；或者第一基片集成波导为四分之一模基片集成波导，第二基片集成波导为半模基片集成波导；或是第一基片集成波导和第二基片集成波导都为半模基片集成波导；或是第一基片集成波导和第二基片集成波导都为四分之一模基片集成波导。

普通基片集成波导的谐振器的金属顶层图案的形状，可以是由金属通孔组成的圆形、椭圆形、矩形、三角形，也可以是圆环形、脊形等其他可以传输电磁波的形状。在本发明的实施例的电耦合结构中，第一基片集成波导和第二基片集成波导的谐振器的金属顶层图案的形状可以由普通的基片集成波导的金属顶层图案切分而来。第一基片集成波导或第二基片集成波导的金属顶层图案是由普通基片集成波导的金属顶层图案按照对称面进行切割或按对称面多次切割而成的形状。例如，普通基片集成波导的金属顶层图案为矩形，则按照对称面切割之后的半模基片集成波导的金属顶层图案可以是矩形或三角形；矩形的半模基片集成波导按照对称面切割之后的四分之一模基片集成波导可以是矩形。又例如，普通基片集成波导的金属顶层图案为圆形，则按照对称面切割之后的半模基片集成波导的金属顶层图案可以是半圆形圆弧的扇形；半圆形的半模基片集成波导按照对称面切割之后的四分之一模基片集成波导可以是四分之一圆的扇形。

优选地，第一基带集成波导的金属顶层图案为矩形、三角形和扇形中的任一项，第二基带集成波导的金属顶层图案为矩形、三角形和扇形中的任一项。在优选实施例中，第一基片集成波导的金属顶层图案可以是矩形、三角形和扇形中的任一项；第二基片集成波导的金属顶层图案也可以是矩形、三角形和扇形中的任一项。也就是说，第一基片集成波导和第二基片集成波导的金属顶层图案可以是相同的，也可以是不同的。

图1a、图1b、图1c、图1d、图1e和图1f是根据本发明的实施例的基片集成波导的金属顶层图案的示意图。图1a是矩形半模基片集成波导的金属顶层图案的示意图。图1b是矩形四分之一模基片集成波导的金属顶层图案的示意图。图1c是三角形半模基片集成波导的金属顶层图案的示意图。图1d是三角形四分之一模基片集成波导的金属顶层图案的示意图。图1e是扇形半模基片集成波导的金属顶层图案的示意图。图1f是扇形四分之一模基片集成波导的金属顶层图案的示意图。图1a、图1b、图1c、图1d、图1e和图1f中的具有金属通孔的过孔边界和无金属通孔的开放边界均已标出，图中斜线的阴影部分表示金属覆盖面，如图中所示。

在本发明的实施例的微波电耦合结构中，第一基片集成波导的开放边界与第二基片集成波导的开放边界相互靠近。第一基片集成波导和第二基片集成波导的开放边界包括波导的电场最强处，因此第一基片集成波导的开放边界与第二基片集成波导的开放边界的电场最强处相互靠近时，可以增加电耦合系数。第一基片集成波导和第二基片集成波导的开放边界靠近包括多种形式。图2a、图2b、图2c和图2d示出了本发明的示范性实施例的第一、第二基片集成波导的开放边界相互靠近的示意图。在图2a、图2b和图2c中，第一基片集成波导和第二基片集成波导是两个矩形的四分之一模基片集成波导，每个四分之一模基片集成波导包括两条相邻的开放边界和两条相邻的过孔边界。需要说明的是，图2a、图2b和图2c中的第一、第二基片集成波导为矩形四分之一模基片集成波导，仅为示例，第一、第二基片集成波导并不限于是矩形的四分之一模基片集成波导。图2a、图2b和图2c中第一基片集成波导和第二集成波导的两条相邻开放边界的直角顶点处为各自的电场最强处。将矩形四分之一模基片集成波导的第一基片集成波导的开放边界与第二基片集成波导的开放边界相互靠近的方式包括：如图2a所示，将两个基片集成波导的开放边界的直角顶点处对立并靠近的方式；以及如图2b所示，将两个四分之一模基片集成波导并排镜像平行放置，同时两个波导的一条开放边界相互平行靠近的方式；以及如图2c所示，两个四分之一模基片集成波导相互倒置平行，同时两个波导的一条开放边界相互平行靠近。又例如，如图2d所示，第一基片集成波导是一个半圆形的半模基片集成波导，第二基片集成波导是一个三角形的四分之一模基片集成波导，两个基片集成波导的开放边界平行放置并相互靠近。需要说明的是，上述第一基片集成波导和第二基片集成波导的开放边界相互靠近的几种方式仅为举例，其他现有或今后可能出现的两个基片集成波导的开放边界相互靠近的微波电耦合结构，如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并以引用方式包含于此。

在一个优选实施例中，本发明的微波电耦合结构还包括：位于第一、第二基片集成波导的相互靠近的开放边界处的平面电容，平面电容的位置在从开放边界中点到距离过孔边界不少于三分之一的范围内。开放边界中点是第一、第二基片集成波导的电场最强处：对于半模基片集成波导来说，开放边界中点在一条开放边界的二分之一的中间点位置上；对于四分之一模基片集成波导来说，开放边界中点是在两条开放边界相交的直角顶点处。在第一基片集成波导和第二基片集成波导的金属顶层的开放边界中点附近布置平面电容，可以极大的提高电耦合系数。上述“距离过孔边界不少于三分之一”的位置是指在相互靠近的开放边界上的一个位置，该位置到与该开放边界相接的过孔边界之间的距离不小于从开放边界中点到相接的过孔边界之间距离的1/3。在半模基片集成波导中，只有一条开放边界，因此从开放边界中点到距离过孔边界不少于三分之一的范围包括在开放边界中点两边的范围，平面电容放置的位置可以从开放边界中点往两边进行扩展。在四分之一模基片集成波导中，两条开放边界中只会有一条开放边界与另一个波导的开放边界相互靠近，因此平面电容放置的位置从靠近的开放边界的中点往与相互靠近的开放边界相接的过孔边界延伸。图3a和图3b是本发明的示范性实施例的平面电容所在位置范围的示意图。图3a是矩形半模基片集成波导的电耦合结构的平面电容所在的位置范围的示意图。图3b是矩形四分之一模基片集成波导的电耦合结构的平面电容所在的位置范围的示意图。在图3a和图3b中，开放边界中点到过孔边界的距离以L表示，图3a中的K1和K2表示的距离均不小于L的1/3，图3b中的K表示的距离不小于L的1/3。平面电容所在的位置范围如图标示所示。需要说明的是，图3a和图3b是以矩形金属顶层图案作为示例，本领域的技术人员可以很容易地根据图3a和图3b获得其他金属顶层图案的电耦合结构中平面电容所在的位置范围。平面电容的形式可以是多种形式，例如三角形电容、圆形电容，也可以是任意的不规则的图案，以增加第一、第二基片集成波导之间的电耦合。图4是本发明的一个示范性实施例的第一基片集成波导和第二基片集成波导的开放边界处的平面电容的示意图。图4中的第一基片集成波导和第二基片集成波导是矩形的半模基片集成波导，图中示出在第一基片集成波导和第二基片集成波导的开放边界中间的三角形平面电容400。

优选地，上述平面电容包括交指电容。图5a和图5b是本发明的示范性实施例的第一基片集成波导和第二基片集成波导的开放边界处的交指电容的示意图。其中图5a中第一基片集成波导和第二基片集成波导是矩形的半模基片集成波导，交指电容500是位于金属顶层的第一、第二基片集成波导的开放边界的中间的电场最强处，以获取电耦合系数的大幅增加。图5b中的第一基片集成波导和第二基片集成波导是矩形的四分之一模基片集成波导，交指电容500是位于金属顶层的第一、第二基片集成波导的开放边界的直角顶点的电场最强处附近，以获取电耦合系数的大幅增加。图5a和图5b中所示的交指电容的指线间隔、指线宽度、指线长度等参数都是示意的。交指电容的这些参数会影响交指电容的电容量，但并不影响本发明实施例的微波电耦合结构。在微波电路中，本领域的技术人员在使用本发明的微波电耦合结构时，应根据器件设计等要求确定交指电容的电容量，并根据印制电路板(PCB)的工艺限制和电路板上微波器件的位置等要求确定交指电容的各个参数。

在本发明的实施例的微波电耦合结构中，第一基片集成波导的过孔边界与第二基片集成波导的过孔边界相互远离。第一基片集成波导和第二基片集成波导的具有金属通孔的过孔边界是波导的磁场较强的地方，因此第一基片集成波导的过孔边界与第二基片集成波导的过孔边界相互远离时，可以降低磁耦合，相对的提高了电耦合强度。第一基片集成波导和第二基片集成波导的过孔边界相互远离包括多种形式。图6a、图6b和图6c示出了本发明的示范性实施例的第一、第二基片集成波导的过孔边界相互远离的示意图。在图6a中，第一基片集成波导和第二基片集成波导是三角形的四分之一模基片集成波导。在两个基片集成波导的靠近的开放边界的靠近过孔边界的位置增加一段空白，使两个三角形四分之一模基片集成波导的过孔边界相互远离。在图6b中，第一基片集成波导和第二基片集成波导是矩形的四分之一模基片集成波导。在两个基片集成波导的开放边界靠近过孔边界的位置增加一段空白，使两个矩形四分之一模基片集成波导的过孔边界相互远离。在图6c中，第一基片集成波导和第二基片集成波导是两个矩形的四分之一模基片集成波导。图6c中的第一基片集成波导和第二集成波导的过孔边界为各自的磁场较强处，两条相邻过孔边界的直角顶点处为各自的磁场最强处。如图6c所示，将两个基片集成波导的过孔边界的直角顶点处相隔最远，即一定程度上抑制了磁耦合。需要说明的是，上述第一基片集成波导和第二基片集成波导的过孔边界相互远离的几种方式仅为举例，其他现有或今后可能出现的两个基片集成波导的过孔边界相互远离的微波电耦合结构，如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并以引用方式包含于此。

在又一个优选实施例中，本发明的微波电耦合结构还包括：位于第一、第二基片集成波导的相互靠近的开放边界处的金属槽或金属通孔槽，金属槽或金属通孔槽位置在从相互靠近的开放边界与过孔边界的相接处，到不超过开放边界中点的范围内。在第一基片集成波导和第二基片集成波导的开放边界处布置金属槽或金属通孔槽，可以抑制两个基片集成波导之间的磁耦合，相对的提高了电耦合强度。金属槽或金属通孔槽是贯穿金属顶层、介质层和金属底层的。金属槽或金属通孔槽在金属顶层位于第一、第二基片集成波导相互靠近的开放边界处，但与第一、第二基片集成波导的开放边界不相连。在相互靠近的开放边界上，开放边界与过孔边界相接处的磁场最强，因此在这里放置金属槽或金属通孔槽，对提高电耦合强度的效果最好。由于靠近开放边界中点后磁场逐渐减弱，电场逐渐增强，因此金属槽或金属通孔槽的范围不要包括开放边界的中点。同样的，开放边界中点对于半模基片集成波导来说，是在一条开放边界的二分之一的中间点位置上；对于四分之一模基片集成波导来说，是在两条开放边界相交的直角顶点处。金属槽的形状可以是任意形式的，例如椭圆形、矩形、梯形等的金属槽。这里的金属通孔槽是指边界形状类似金属槽的多个金属通孔。金属通孔槽中的通孔的形状也可以是任意形状的，例如圆形通孔、方形通孔、椭圆形通孔等。金属槽或金属通孔槽的长度和宽度不影响本发明实施例的微波电耦合结构。在微波电路中，本领域的技术人员在使用本发明的微波电耦合结构时，应根据器件设计要求、印制电路板(PCB)的工艺限制、电路板上微波器件的位置等要求来确定电耦合结构中的金属槽或金属通孔槽的长度和宽度。图7a和图7b示出本发明的一个示范性实施例的包括金属槽或金属通孔槽的电耦合结构的示意图。图7a和图7b中的第一基片集成波导和第二基片集成波导是矩形的四分之一模基片集成波导。如图7a所示，两个四分之一模基片集成波导的开放边界平行靠近，金属槽701放置在相互靠近的开放边界上，起始于相互靠近的开放边界与过孔边界的相接处，结束位置不超过两条开放边界相交的直角顶点处，即开放边界的中点位置。图7b与图7a类似，只是把金属槽701改为了金属通孔槽702。为便于理解，在图7a和图7b中同时给出了底层金属的示意图。

需要说明的是，本发明的电耦合结构中，第一基片集成波导的开放边界与第二基片集成波导的开放边界相互靠近的子结构，与第一基片集成波导的过孔边界与第二基片集成波导的过孔边界相互远离的子结构，这两种子结构既可以相互独立使用，也可以合并在一起共同使用在电耦合结构中。图8a和图8b示出根据本发明的示范性实施例的电耦合结构示意图。在图8a中，第一、第二基片集成波导为矩形半模基片集成波导，在第一、第二集成波导的开放边界中点位置放置了平面交指电容，在第一、第二集成波导的开放边界靠近两边过孔边界的位置上各放置了一个金属通孔槽。在图8b中，第一、第二基片集成波导为矩形四分之一模基片集成波导，两个矩形波导并排平行放置，第一、第二基片集成波导的一条开放边界平行靠近。在第一、第二集成波导的开放边界中点位置，即开放边界的直角顶点处附近放置了平面交指电容，在第一、第二集成波导的相互靠近的开放边界上的靠近过孔边界的位置上放置了金属槽。

图9是根据本发明的实施例的实现微波电耦合结构的方法的流程示意图。本发明的实施例的方法，可以应用在使用基片集成波导的滤波器、天线、振荡器、耦合器等微波器件上，即可以应用在使用这些微波器件的微波电路中。基片集成波导是在介质基片上用相邻很近的金属化通孔形成电壁，与上下金属面一起构成类似于普通波导的结构。基片集成波导的谐振器包括金属顶层、介质层和底层。谐振器的金属通孔穿过金属顶层、介质层和底层，底层全部金属化，以形成电接地。金属通孔、金属顶层和金属底层使用的金属可以是任何一种金属导体。基片集成波导中使用的介质层材料可以是任一种介质材料，例如印制电路板(PCB)的介质材料、玻璃、石英或其替代物。

使用本发明的实施例的增强电耦合系数的方法可以用于无线通信系统中的网络设备或终端设备。无线通信系统中的网络设备包括有无线收发装置的网络设备，例如基站、移动站、中继站等。这里所使用的术语“基站”可以被视为与以下各项同义并且有时可以被称作以下各项：B节点、演进型B节点、NodeB、eNodeB、基站收发器(BTS)、无线网络控制器RNC等等，并且可以描述在可以跨越多个技术世代的无线通信网络中与移动端通信并且为之提供无线资源的收发器。除了实施这里所讨论的方法的能力之外，这里所讨论的基站可以具有与传统的众所周知的基站相关联的所有功能。无线通信系统中的终端设备包括但不限于智能手机、平板电脑、PDA、PC机等包含有无线收发装置的移动或固定终端。需要说明的是，上述网络设备或终端设备仅为举例，其他现有的或今后可能出现的网络设备或终端设备，如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并以引用方式包含于此。

本发明的实施例的实现微波电耦合结构的方法，包括提供第一基片集成波导和第二基片集成波导，第一基片集成波导包括无金属通孔的开放边界以及具有金属通孔的过孔边界，第二基片集成波导包括无金属通孔的开放边界以及具有金属通孔的过孔边界。如图9所示，该方法包括步骤S91和/或步骤S92。

本发明实施例中的第一基片集成波导和第二基片集成波导包括无金属通孔的开放边界以及具有金属通孔的过孔边界。一般普通的基片集成波导的谐振器的金属顶层图案的边界是金属过孔，电磁波被限制在金属过孔的谐振腔内。将普通基片集成波导从中间对称面一分为二，不会改变场模式，形成半模基片集成波导。因此半模基片集成波导的谐振器具有无金属通孔的开放边界，以及具有金属通孔的过孔边界。同样，四分之一模基片集成波导是在半模基片集成波导基础上进行进一步分割，因此同样具有无金属通孔的开放边界以及具有金属通孔的过孔边界。再进一步，八分之一模基片集成波导也同样具有开放边界和过孔边界。因此第一基片集成波导或第二基片集成波导可以是半模基片集成波导、四分之一模基片集成波导八分之一模基片集成波导以及其他具有开放边界和过孔边界的基片集成波导。需要说明的是，上述半模基片集成波导、四分之一模基片集成波导、八分之一模基片集成波导等仅为举例，其他现有或今后可能出现的包括无金属通孔的开放边界以及具有金属通孔的过孔边界的基片集成波导，如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并以引用方式包含于此。

优选地，第一基片集成波导包括半模基片集成波导或四分之一模基片集成波导，第二基片集成波导包括半模基片集成波导或四分之一模基片集成波导。在优选实施例中，第一基片集成波导可以是半模基片集成波导或四分之一模基片集成波导中的任一种；第二基片集成波导也可以是半模基片集成波导或四分之一模基片集成波导中的任一种。也就是说在本发明的优选实施例的方法中，可以是第一基片集成波导为半模基片集成波导，第二基片集成波导为四分之一模基片集成波导；或者第一基片集成波导为四分之一模基片集成波导，第二基片集成波导为半模基片集成波导；或是第一基片集成波导和第二基片集成波导都为半模基片集成波导；或是第一基片集成波导和第二基片集成波导都为四分之一模基片集成波导。

普通基片集成波导的谐振器的金属顶层图案的形状，可以是由金属通孔组成的圆形、椭圆形、矩形、三角形，也可以是圆环形、脊形等其他可以传输电磁波的形状。在本发明的实施例的方法中，第一基片集成波导和第二基片集成波导的谐振器的金属顶层图案的形状可以由普通的基片集成波导的金属顶层图案切分而来。第一基片集成波导或第二基片集成波导的金属顶层图案是是由普通基片集成波导的金属顶层图案按照对称面进行切割或进行多次切割而成的形状。例如，普通基片集成波导的金属顶层图案为矩形，则按照对称面切割之后的半模基片集成波导的金属顶层图案可以是是矩形或三角形；矩形的半模基片集成波导按照对称面切割之后的四分之一模基片集成波导可以是矩形。又例如，普通基片集成波导的金属顶层图案为圆形，则按照对称面切割之后的半模基片集成波导的金属顶层图案可以是半圆形圆弧的扇形；半圆形的半模基片集成波导按照对称面切割之后的四分之一模基片集成波导可以是四分之一圆的扇形。

优选地，第一基带集成波导的金属顶层图案为矩形、三角形和扇形中的任一项，第二基带集成波导的金属顶层图案为矩形、三角形和扇形中的任一项。在优选实施例中，第一基片集成波导的金属顶层图案可以是矩形、三角形和扇形中的任一项；第二基片集成波导的金属顶层图案也可以是矩形、三角形和扇形中的任一项。也就是说，第一基片集成波导的金属顶层图案和第二基片集成波导的金属顶层图案可以是相同的，也可以是不同的。

图1a、图1b、图1c、图1d、图1e和图1f是根据本发明的实施例的基片集成波导的金属顶层图案的示意图。图1a是矩形半模基片集成波导的金属顶层图案的示意图。图1b是矩形四分之一模基片集成波导的金属顶层图案的示意图。图1c是三角形半模基片集成波导的金属顶层图案的示意图。图1d是三角形四分之一模基片集成波导的金属顶层图案的示意图。图1e是扇形半模基片集成波导的金属顶层图案的示意图。图1f是扇形四分之一模基片集成波导的金属顶层图案的示意图。图1a、图1b、图1c、图1d、图1e和图1f中的具有金属通孔的过孔边界和无金属通孔的开放边界均已标出，图中斜线的阴影部分表示金属覆盖面，如图中所示。

在步骤S91中，将第一基片集成波导的开放边界与第二基片集成波导的开放边界相互靠近。第一基片集成波导和第二基片集成波导的开放边界包括波导的电场最强处，因此第一基片集成波导的开放边界与第二基片集成波导的开放边界的电场最强处相互靠近时，可以增加电耦合系数。第一基片集成波导和第二基片集成波导的开放边界靠近包括多种形式。图2a、图2b、图2c和图2d示出了本发明的示范性实施例的第一、第二基片集成波导的开放边界相互靠近的示意图。在图2a、图2b和图2c中，第一基片集成波导和第二基片集成波导是两个矩形的四分之一模基片集成波导，每个四分之一模基片集成波导包括两条相邻的开放边界和两条相邻的过孔边界。需要说明的是，图2a、图2b和图2c中的第一、第二基片集成波导为矩形四分之一模基片集成波导，仅为示例，第一、第二基片集成波导并不限于是矩形的四分之一模基片集成波导。图2a、图2b和图2c中第一基片集成波导和第二集成波导的两条相邻开放边界的直角顶点处为各自的电场最强处。将矩形四分之一模基片集成波导的第一基片集成波导的开放边界与第二基片集成波导的开放边界相互靠近的方式包括：如图2a所示，将两个基片集成波导的开放边界的直角顶点处对立并靠近的方式；以及如图2b所示，将两个四分之一模基片集成波导并排镜像平行放置，同时两个波导的一条开放边界相互平行靠近的方式；以及如图2c所示，两个四分之一模基片集成波导相互倒置平行，同时两个波导的一条开放边界相互平行靠近。又例如，如图2d所示，第一基片集成波导是一个半圆形的半模基片集成波导，第二基片集成波导是一个三角形的四分之一模基片集成波导，两个基片集成波导的开放边界平行放置并相互靠近。需要说明的是，上述第一基片集成波导和第二基片集成波导的开放边界相互靠近的几种方式仅为举例，其他现有或今后可能出现的将两个基片集成波导的开放边界相互靠近的方法，如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并以引用方式包含于此。

在一个优选实施例中，上述方法还包括：在第一、第二基片集成波导的相互靠近的开放边界处布置平面电容，平面电容的位置在从开放边界中点到距离过孔边界不少于三分之一的范围内。开放边界中点是第一、第二基片集成波导的电场最强处：对于半模基片集成波导来说，开放边界中点在一条开放边界的二分之一的中间点位置上；对于四分之一模基片集成波导来说，开放边界中点是在两条开放边界相交的直角顶点处。在第一基片集成波导和第二基片集成波导的金属顶层的开放边界中点附近布置平面电容，可以极大的提高电耦合系数。上述“距离过孔边界不少于三分之一”的位置是指在相互靠近的开放边界上的一个位置，该位置到与该开放边界相接的过孔边界之间的距离不小于从开放边界中点到相接的过孔边界之间距离的1/3。在半模基片集成波导中，只有一条开放边界，因此从开放边界中点到距离过孔边界不少于三分之一的范围包括在开放边界中点两边的范围，平面电容放置的位置可以从开放边界中点往两边进行扩展。在四分之一模基片集成波导中，两条开放边界中只会有一条开放边界与另一个波导的开放边界相互靠近，因此平面电容放置的位置从靠近的开放边界的中点往与相互靠近的开放边界相接的过孔边界延伸。图3a和图3b是本发明的示范性实施例的平面电容所在位置范围的示意图。图3a是矩形半模基片集成波导的电耦合结构的平面电容所在的位置范围的示意图。图3b是矩形四分之一模基片集成波导的电耦合结构的平面电容所在的位置范围的示意图。在图3a和图3b中，开放边界中点到过孔边界的距离以L表示，图3a中的K1和K2表示的距离均不小于L的1/3，图3b中的K表示的距离不小于L的1/3。平面电容所在的位置范围如图标示所示。需要说明的是，图3a和图3b是以矩形金属顶层图案作为示例，本领域的技术人员可以很容易地根据图3a和图3b获得其他金属顶层图案的电耦合结构中平面电容所在的位置范围。平面电容的形式可以是多种形式，例如三角形电容、圆形电容，也可以是任意的不规则的图案，以增加第一、第二基片集成波导之间的电耦合。图4是本发明的一个示范性实施例的第一基片集成波导和第二基片集成波导的开放边界处的平面电容的示意图。图4中的第一基片集成波导和第二基片集成波导是矩形的半模基片集成波导，图中示出在第一基片集成波导和第二基片集成波导的开放边界中间的三角形平面电容。

优选地，上述平面电容包括交指电容。图5a和图5b是本发明的示范性实施例的第一基片集成波导和第二基片集成波导的开放边界处的交指电容的示意图。其中图5a中第一基片集成波导和第二基片集成波导是矩形的半模基片集成波导，交指电容是位于金属顶层的第一、第二基片集成波导的开放边界的中间的电场最强处，以获取电耦合系数的大幅增加。图5b中的第一基片集成波导和第二基片集成波导是矩形的四分之一模基片集成波导，交指电容是位于金属顶层的第一、第二基片集成波导的开放边界的直角顶点的电场最强处附近，以获取电耦合系数的大幅增加。图5a和图5b中所示的交指电容的指线间隔、指线宽度、指线长度等参数都是示意的。交指电容的这些参数会影响交指电容的电容量，但并不影响本发明实施例的方法的实现。在微波电路中，本领域的技术人员在使用本发明的方法时，应根据器件设计等要求确定交指电容的电容量，并根据印制电路板(PCB)的工艺限制和电路板上微波器件的位置等要求确定交指电容的各个参数。

在步骤S92中，将第一基片集成波导的过孔边界与第二基片集成波导的过孔边界相互远离。第一基片集成波导和第二基片集成波导的具有金属通孔的过孔边界是波导的磁场较强的地方，因此第一基片集成波导的过孔边界与第二基片集成波导的过孔边界相互远离时，可以降低磁耦合，相对的提高了电耦合强度。第一基片集成波导和第二基片集成波导的过孔边界相互远离包括多种形式。图6a、图6b和图6c示出了本发明的示范性实施例的第一、第二基片集成波导的过孔边界相互远离的示意图。在图6a中，第一基片集成波导和第二基片集成波导是三角形的四分之一模基片集成波导。在两个基片集成波导的靠近的开放边界的靠近过孔边界的位置增加一段空白，使两个三角形四分之一模基片集成波导的过孔边界相互远离。在图6b中，第一基片集成波导和第二基片集成波导是矩形的四分之一模基片集成波导。在两个基片集成波导的开放边界靠近过孔边界的位置增加一段空白，使两个矩形四分之一模基片集成波导的过孔边界相互远离。在图6c中，第一基片集成波导和第二基片集成波导是两个矩形的四分之一模基片集成波导。图6c中的第一基片集成波导和第二集成波导的过孔边界为各自的磁场较强处，两条相邻过孔边界的直角顶点处为各自的磁场最强处。如图6c所示，将两个基片集成波导的过孔边界的直角顶点处相隔最远，即一定程度上抑制了磁耦合。需要说明的是，上述将第一基片集成波导和第二基片集成波导的过孔边界相互远离的几种方式仅为举例，其他现有或今后可能出现的将两个基片集成波导的过孔边界相互远离的方法，如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并以引用方式包含于此。

在又一个优选实施例中，上述方法还包括：在第一、第二基片集成波导的相互靠近的开放边界处布置金属槽或金属通孔槽，金属槽或金属通孔槽位置在从相互靠近的开放边界与过孔边界的相接处，到不超过开放边界中点的范围内。在第一基片集成波导和第二基片集成波导的开放边界处布置金属槽或金属通孔槽，可以抑制两个基片集成波导之间的磁耦合，相对的提高了电耦合强度。金属槽或金属通孔槽是贯穿金属顶层、介质层和金属底层的。金属槽或金属通孔槽在金属顶层位于第一、第二基片集成波导相互靠近的开放边界处，但与第一、第二基片集成波导的开放边界不相连。在相互靠近的开放边界上，开放边界与过孔边界相接处的磁场最强，因此在这里放置金属槽或金属通孔槽，对提高电耦合强度的效果最好。由于靠近开放边界中点后磁场逐渐减弱，电场逐渐增强，因此金属槽或金属通孔槽的范围不要包括开放边界的中点。同样的，开放边界中点对于半模基片集成波导来说，是在一条开放边界的二分之一的中间点位置上；对于四分之一模基片集成波导来说，是在两条开放边界相交的直角顶点处。金属槽的形状可以是任意形式的，例如椭圆形、矩形、梯形等的金属槽。这里的金属通孔槽是指边界形状类似金属槽的多个金属通孔。金属通孔槽中的通孔的形状也可以是任意形状的，例如圆形通孔、方形通孔、椭圆形通孔等。金属槽或金属通孔槽的长度和宽度不影响本发明实施例的方法的实现。在微波电路中，本领域的技术人员在使用本发明的方法时，应根据器件设计要求、印制电路板(PCB)的工艺限制、电路板上微波器件的位置等要求来确定电耦合结构中的金属槽或金属通孔槽的长度和宽度。图7a和图7b示出本发明的一个示范性实施例的包括金属槽或金属通孔槽的电耦合结构的示意图。图7a和图7b中的第一基片集成波导和第二基片集成波导是矩形的四分之一模基片集成波导。如图7a所示，两个四分之一模基片集成波导的开放边界平行靠近，金属槽放置在相互靠近的开放边界上，起始于相互靠近的开放边界与过孔边界的相接处，结束位置不超过两条开放边界相交的直角顶点处，即开放边界的中点位置。图7b与图7a类似，只是把金属槽改为了金属通孔槽。为便于理解，在图7a和图7b中同时给出了底层金属的示意图。

需要说明的是，本发明的方法中，将第一基片集成波导的开放边界与第二基片集成波导的开放边界相互靠近的步骤S91，与将第一基片集成波导的过孔边界与第二基片集成波导的过孔边界相互远离的步骤S92，这两个步骤既可以相互独立实现，也可以合并在一起共同使用。图8a和图8b示出根据本发明的示范性实施例的电耦合结构示意图。在图8a中，第一、第二基片集成波导为矩形半模基片集成波导，在第一、第二集成波导的开放边界中点位置放置了平面交指电容，在第一、第二集成波导的开放边界靠近两边过孔边界的位置上各放置了一个金属通孔槽。在图8b中，第一、第二基片集成波导为矩形四分之一模基片集成波导，两个矩形波导并排平行放置，第一、第二基片集成波导的一条开放边界平行靠近。在第一、第二集成波导的开放边界中点位置，即开放边界的直角顶点处附近放置了平面交指电容，在第一、第二集成波导的相互靠近的开放边界上的靠近过孔边界的位置上放置了金属槽。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

虽然示例性实施例可以有多种修改和替换形式，但是在附图中以举例的方式示出了其中的一些实施例，并且将在这里对其进行详细描述。但是应当理解的是，并不意图将示例性实施例限制到所公开的具体形式，相反，示例性实施例意图涵盖落在权利要求书的范围内的所有修改、等效方案和替换方案。相同的附图标记在各幅图的描述中始终指代相同的单元。

在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

这里所公开的具体结构和功能细节仅仅是代表性的，并且是用于描述本发明的示例性实施例的目的。但是本发明可以通过许多替换形式来具体实现，并且不应当被解释成仅仅受限于这里所阐述的实施例。

应当理解的是，虽然在这里可能使用了术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一单元可以被称为第二单元，并且类似地第二单元可以被称为第一单元。这里所使用的术语“和/或”包括其中一个或更多所列出的相关联项目的任意和所有组合。

应当理解的是，当一个单元被称为“连接”或“耦合”到另一单元时，其可以直接连接或耦合到所述另一单元，或者可以存在中间单元。与此相对，当一个单元被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一单元时，则不存在中间单元。应当按照类似的方式来解释被用于描述单元之间的关系的其他词语(例如“处于...之间”相比于“直接处于...之间”，“与...邻近”相比于“与...直接邻近”等等)。

这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。

还应当提到的是，在一些替换实现方式中，所提到的功能/动作可以按照不同于附图中标示的顺序发生。举例来说，取决于所涉及的功能/动作，相继示出的两幅图实际上可以基本上同时执行或者有时可以按照相反的顺序来执行。

除非另行定义，否则这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)都具有与示例性实施例所属领域内的技术人员通常所理解的相同的含义。还应当理解的是，除非在这里被明确定义，否则例如在通常使用的字典中定义的那些术语应当被解释成具有与其在相关领域的上下文中的含义相一致的含义，而不应按照理想化的或者过于正式的意义来解释。

Claims (13)

1.一种微波电耦合结构，包括第一基片集成波导和第二基片集成波导，所述第一基片集成波导包括无金属通孔的开放边界以及具有金属通孔的过孔边界，所述第二基片集成波导包括无金属通孔的开放边界以及具有金属通孔的过孔边界，

其中，所述第一基片集成波导的所述开放边界与所述第二基片集成波导的所述开放边界相互靠近；和/或

所述第一基片集成波导的所述过孔边界与所述第二基片集成波导的所述过孔边界相互远离。

2.根据权利要求1所述的微波电耦合结构，还包括：

位于所述第一、第二基片集成波导的相互靠近的所述开放边界处的平面电容，所述平面电容的位置在从所述开放边界中点到距离所述过孔边界不少于三分之一的范围内。

3.根据权利要求2所述的微波电耦合结构，其中所述平面电容包括交指电容。

4.根据权利要求1所述的微波电耦合结构，还包括：

位于所述第一、第二基片集成波导的相互靠近的所述开放边界处的金属槽或金属通孔槽，所述金属槽或金属通孔槽位置在从所述相互靠近的开放边界与所述过孔边界的相接处，到不超过所述开放边界中点的范围内。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的微波电耦合结构，其中所述第一基片集成波导包括半模基片集成波导或四分之一模基片集成波导，所述第二基片集成波导包括半模基片集成波导或四分之一模基片集成波导。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的微波电耦合结构，其中所述第一基带集成波导的金属顶层图案为矩形、三角形和扇形中的任一项，所述第二基带集成波导的金属顶层图案为矩形、三角形和扇形中的任一项。

7.一种实现微波电耦合结构的方法，包括：

提供第一基片集成波导和第二基片集成波导，其中所述第一基片集成波导包括无金属通孔的开放边界和具有金属通孔的过孔边界，所述第二基片集成波导包括无金属通孔的开放边界和具有金属通孔的过孔边界，所述方法包括：

将所述第一基片集成波导的所述开放边界和所述第二基片集成波导的所述开放边界相互靠近；和/或

将所述第一基片集成波导的所述过孔边界和所述第二基片集成波导的所述过孔边界相互远离。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：

在所述第一、第二基片集成波导的相互靠近的所述开放边界处布置平面电容，所述平面电容的位置在从所述开放边界中点到距离所述过孔边界不少于三分之一的范围内。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述平面电容包括交指电容。

10.根据权利要求7所述的方法，还包括：

在所述第一、第二基片集成波导的相互靠近的所述开放边界处布置金属槽或金属通孔槽，所述金属槽或金属通孔槽位置在从所述相互靠近的开放边界与所述过孔边界的相接处，到不超过所述开放边界中点的范围内。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其中所述第一基片集成波导包括半模基片集成波导或四分之一模基片集成波导，所述第二基片集成波导包括半模基片集成波导或四分之一模基片集成波导。

12.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其中所述第一基带集成波导的金属顶层图案为矩形、三角形和扇形中的任一项，所述第二基带集成波导的金属顶层图案为矩形、三角形和扇形中的任一项。

13.通信系统中的网络设备或终端设备，其中包括如权利要求1至6中任一项所述的微波电耦合结构。