CN110416682A - 一种基于半模基片集成脊波导的混合环 - Google Patents

一种基于半模基片集成脊波导的混合环 Download PDF

Info

Publication number
CN110416682A
CN110416682A CN201910627113.7A CN201910627113A CN110416682A CN 110416682 A CN110416682 A CN 110416682A CN 201910627113 A CN201910627113 A CN 201910627113A CN 110416682 A CN110416682 A CN 110416682A
Authority
CN
China
Prior art keywords
port
metal layer
ridge waveguide
layer
chip integrated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910627113.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110416682B (zh
Inventor
华光
王曼丽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201910627113.7A priority Critical patent/CN110416682B/zh
Publication of CN110416682A publication Critical patent/CN110416682A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110416682B publication Critical patent/CN110416682B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port

Landscapes

  • Waveguides (AREA)

Abstract

本发明公开了一种半模基片集成脊波导混合环。包括微带结构和半模基片集成脊波导结构；所述微带结构的端口二与端口三在中心环的位置分别与半模基片集成脊波导结构相连接，微带结构与半模基片集成脊波导结构相连接的部分是一个渐变段；微带结构的上金属层连接第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；半模基片集成脊波导结构的第一介质层的上表面设有上金属层，第一介质层与上金属层的宽度与长度一致；第一介质层的上金属层和下金属层通过两排金属化通孔阵列连接，第一介质层的上金属层、下金属层和第二介质层的下金属层地通过两排金属化通孔连接。本发明能够实现和差网络的功能，即信号的和与信号的差，具有大于29％的相对带宽，混合环为平面结构。

Description

一种基于半模基片集成脊波导的混合环
技术领域
本发明涉及半模基片集成脊波导技术，特别是涉及一种具有宽带的半模基片集成脊波导混合环。
背景技术
随着4G、5G中大规模MIMO技术和相控阵天线技术的飞速发展，对天线馈电网络及射频系统关键器件的要求越来越高。天线馈电网络关键器件的超宽带、小型化、大容量、高速率、多功能等成为该领域的研究热点。实现小型化能够有效地利用现代封装技术进行集成。
在微波系统中，宽带混合环是宽带馈电网络中一种关键的无源器件之一，根据不同结构的混合环，在端口匹配的情况下，实现端口之间的隔离、调节功率输出的相位以及提供同相或反相输出的等功率分流的重要功能。混合环可以用作和差网络，因此混合环在平衡功率放大器和混频器的功率分配中发挥着重要作用。
传统混合环的尺寸比较大，带宽比较窄。本发明是采用半模基片集成脊波导技术实现的混合环，在系统集成化、小型化、宽带领域具有突出的优势。
发明内容
技术问题：为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有宽带、小型化、易于集成的半模基片集成脊波导混合环。
技术方案：为达到此目的，本发明的一种半模基片集成脊波导混合环采用以下技术方案：
该混合环包括微带结构和半模基片集成脊波导结构；所述微带结构的第二端口与第三端口在中左环、中上环、中下环的位置分别与半模基片集成脊波导结构的两个端口相连接，微带结构与半模基片集成脊波导结构相连接的连接段是一个渐变的过程，与半模基片集成脊波导结构中的金属部分的宽度不一致；微带结构的中左环、中上环、中下环的宽度均为0.34mm，微带结构的中间金属层连接第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；半模基片集成脊波导结构的第一介质层的上表面设有上金属层，第一介质层与上金属层的宽度与长度一致，小于8mm；第一介质层的上金属层和中间金属层通过两排金属化盲孔连接，第一介质层的上金属层、中间金属层和第二介质层的的下金属层地通过两排金属化通孔连接。
所述的第一介质层、第二介质层为介电常数为2.65的介质基板，厚度为0.25mm-0.5mm，第一介质层的长度和宽度分别为12mm-16mm、7mm-10mm，第二介质层的长度和宽度分别为30mm-40m、25mm-30mm。
所述的上金属层与中间金属层通过金属化盲孔连接，金属化盲孔贯穿第一介质层形成半模基片集成脊波导结构中的金属部分，两排金属化盲孔之间的距离为2.2mm-2.4mm，金属化盲孔的直径为0.25mm-0.35mm，相邻两金属化盲孔之间的距离为0.5mm-0.7mm。
金属化通孔贯穿上金属层、第一介质层、中间金属层、第二介质层和底部金属层，金属化通孔两边通孔之间的部分为6mm-7mm，金属化过孔的直径为0.4mm-0.5mm。
贯穿第二介质层的两个金属化通孔连接中间金属层与底部金属层。
所述的第一端口、第二端口、第三端口、第四端口四个微带输入/出端口，两两相邻之间的距离均大于17mm，长度大于9mm，宽度为0.62mm-0.64mm，且四个端口的特性阻抗均为50欧姆。
有益效果：本发明公开了一种基于半模基片集成脊波导的混合环，相比现有技术，具有以下有效效益：
1.整个混合环主要是由金属层，介质层和金属化通孔组成，整个结构可以用传统的PCB工艺来实现；
2.该混合环能够通过改变输入端口实现等幅同相输出或等幅反向输出；
3.该混合环通过调节半模基片集成脊波导倒相器结构，能够实现宽带、小型化的功能，且易于与平面电路集成。
同时，通过实测能够达到如下指标：
频率范围：12GHz-16.1GHz
耦合度：3.5±0.8dB
隔离度：≥15dB
回波损耗：≥15dB
输出端口相位差：0°±10°，180°±10°
附图说明
图1为本发明具体实施方式中混合环的俯视图；
图2为本发明具体实施方式中混合环的分层结构示意图；
图3为本发明具体实施方式中混合环的俯视图；
图4为本发明具体实施方式中混合环的侧视图；
图5(a)为本发明具体实施方式中混合环仿真与测试的反射系数S11与S44的结果图；图5(b)为本发明具体实施方式中混合环仿真与测试的反射系数S22与S33的结果图；
图6为本发明具体实施方式中混合环端口1作为输入端口时仿真与测试的耦合度结果图；
图7为本发明具体实施方式中混合环端口1作为输入端口时仿真与测试的输出端口隔离度结果图；
图8为本发明具体实施方式中混合环端口1作为输入端口时仿真与测试的输出端口相位差结果图；
图9为本发明具体实施方式中混合环端口1作为输入端口时仿真与测试的耦合度结果图；
图10为本发明具体实施方式中混合环端口1作为输入端口时仿真与测试的输出端口隔离度结果图；
图11为本发明具体实施方式中混合环端口1作为输入端口时仿真与测试的输出端口相位差结果图；
图中有：第一端口1、第二端口2、第三端口3、第四端口4、中左环5、中上环6、中下环7、半模基片集成脊波导结构8、上金属层9、第一介质层10、中间金属层11、第二介质层的12、下金属层地13、上层金属化盲孔14、金属化通孔15、下层金属化盲孔16、金属化通孔两边通孔之间的部分17、连接段18、半模基片集成脊波导结构中的金属19、微带结构20。
具体实施方式
本发明所述的半模基片集成脊波导混合环，包括微带结构和半模基片集成脊波导结构；所述微带结构的端口二与端口三在中心环的位置分别与半模基片集成脊波导结构的两个端口相连接，微带结构与半模基片集成脊波导结构相连接的部分是一个渐变的过程，与半模基片集成脊波导的金属宽度不一致；微带结构中环的宽度均为0.34mm，微带结构的上金属层连接第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；半模基片集成脊波导结构的第一介质层的上表面设有上金属层，第一介质层与上金属层的宽度与长度一致，小于8mm；第一介质层的上金属层和下金属层通过两排金属化通孔阵列连接，第一介质层的上金属层、下金属层和第二介质层的下金属层地通过两排金属化通孔连接。
进一步，所述半模基片集成脊波导混合环，介电常数为2.65的介质基板厚度为0.5mm，第一介质层的长度和宽度分别为12.8mm、8mm，第二介质层的长度和宽度分别为35mm、30mm，第一介质层、第二介质层的厚度分别为0.25mm。
进一步，所述半模基片集成脊波导混合环，上金属层与中间金属层通过金属化盲孔连接，金属化盲孔贯穿第一介质层形成半模基片集成脊波导中的脊部分，两排金属化盲孔之间的距离为2.3mm，金属化盲孔的直径为0.3mm，相邻金属化盲孔之间的距离为0.6mm。
进一步，所述半模基片集成脊波导混合环，金属化过孔贯穿上金属层、第一介质层、中间金属层、第二介质层和底部金属层，两边通孔之间的距离为6.6mm，金属化过孔的直径为0.42mm。
进一步，所述半模基片集成脊波导混合环，贯穿第二介质层的两个金属化通孔连接中间金属层与底部金属层。
进一步，所述半模基片集成脊波导混合环，四个微带输入/出端口两两相邻之间的距离均大于17mm，长度大于9mm，宽度为0.63mm，且四个端口的特性阻抗均为50欧姆。
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种半模基片集成脊波导混合环，如图1、2、3所示，包括微带结构和半模基片集成脊波导结构；所述微带结构的端口二与端口三在中心环的位置分别与半模基片集成脊波导结构的两个端口相连接，微带结构与半模基片集成脊波导结构相连接的部分是一个渐变的过程，与半模基片集成脊波导金属的宽度不一致；微带结构中环的宽度均为0.34mm，微带结构的上金属层连接第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；半模基片集成脊波导结构的第一介质层的上表面设有上金属层，第一介质层与上金属层的宽度与长度一致，小于8mm；第一介质层的上金属层和下金属层通过两排金属化通孔阵列连接，第一介质层的上金属层、下金属层和第二介质层的下金属层地通过两排金属化通孔连接。
如图1所示，当第一端口作为输入端口时，能量被平均分到第二端口和第四端口且两输出端口等幅同相，第三端口被隔离；当第二端口作为输入端口时，能量被平均分到第一端口和第三端口且两输出端口等幅反相，第四端口被隔离。
如图2所示，半模基片集成脊波导混合环包括由上而下依次设置的顶部金属层9、第一介质层10(厚度0.25mm)、中间金属层11、第二介质层12(厚度0.25mm)、底部金属层13；位于第一介质层包括两排金属化盲孔，上金属层9与中间金属层11通过盲孔14连接，过孔15贯穿上金属层9、第一介质层10、中间金属层11、第二介质层12和底部金属层13。第二介质层包括两个盲孔16，其连接中间金属层11与底部金属层13；该混合环为两层板，使用螺钉通过定位孔固定上下层介质板。
进一步，混合环采用厚度为0.25mm的tly-5，εr＝2.65，tanδ＝0.0009板材制作。加工方式是用两个单层板进行拼接，通过定位孔采用直径为2.5mm的螺钉固定，混合环工作的中心频率为f0＝14.3GHz。
基于本发明思想，利用PCB工艺制作半模基片集成脊波导混合环，并进行相关测试：图5(a)、图5(b)为混合环仿真与测试的反射系数；图6为混合环端口1作为输入端口时仿真与测试的耦合度；图7为混合环端口1作为输入端口时仿真与测试的输出端口隔离度；图8为混合环端口1作为输入端口时仿真与测试的输出端口相位差；图9为混合环端口1作为输入端口时仿真与测试的耦合度；图10为混合环端口1作为输入端口时仿真与测试的输出端口隔离度；图11为混合环端口1作为输入端口时仿真与测试的输出端口相位差；仿真和测试结果表明，该混合环具有较宽的工作带宽(约29％)，同时满足较好的驻波特性，半模基片集成脊波导混合环具有体积小、易于集成的优势。

Claims (6)

1.一种半模基片集成脊波导混合环，其特征在于：该混合环包括微带结构(20)和半模基片集成脊波导结构(8)；所述微带结构(20)的第二端口(2)与第三端口(3)在中左环(5)、中上环(6)、中下环(7)的位置分别与半模基片集成脊波导结构的两个端口相连接，微带结构(20)与半模基片集成脊波导结构(8)相连接的连接段(18)是一个渐变的过程，与半模基片集成脊波导结构中的金属(19)的宽度不一致；微带结构(20)的中左环(5)、中上环(6)、中下环(7)的宽度均为0.34mm，微带结构(20)的中间金属层(11)连接第一端口(1)、第二端口(2)、第三端口(3)和第四端口(4)；半模基片集成脊波导结构(8)的第一介质层(10)的上表面设有上金属层(9)，第一介质层(10)与上金属层(9)的宽度与长度一致，小于8mm；第一介质层(10)的上金属层(9)和中间金属层(11)通过两排金属化盲孔(14)连接，第一介质层(10)的上金属层(9)、中间金属层(11)和第二介质层的(12)的下金属层地(13)通过两排金属化通孔(15)连接。
2.根据权利要求1所述的半模基片集成脊波导混合环，其特征在于：所述的第一介质层(10)、第二介质层(12)为介电常数为2.65的介质基板，厚度为0.25mm-0.5mm，第一介质层(10)的长度和宽度分别为12mm-16mm、7mm-10mm，第二介质层(12)的长度和宽度分别为30mm-40m、25mm-30mm。
3.根据权利要求1所述的半模基片集成脊波导混合环，其特征在于：所述的上金属层(9)与中间金属层(11)通过金属化盲孔(14)连接，金属化盲孔贯穿第一介质层(10)形成半模基片集成脊波导结构中的金属(19)，两排金属化盲孔之间的距离为2.2mm-2.4mm，金属化盲孔的直径为0.25mm-0.35mm，相邻两金属化盲孔之间的距离为0.5mm-0.7mm。
4.根据权利要求3所述的半模基片集成脊波导混合环，其特征在于：金属化通孔(15)贯穿上金属层(9)、第一介质层(10)、中间金属层(11)、第二介质层(12)和底部金属层(13)，金属化通孔(15)两边通孔之间的部分(17)为6mm-7mm，金属化过孔的直径为0.4mm-0.5mm。
5.根据权利要求3所述的半模基片集成脊波导混合环，其特征在于：贯穿第二介质层(12)的两个金属化通孔(16)连接中间金属层(11)与底部金属层(13)。
6.根据权利要求1所述的半模基片集成脊波导混合环，其特征在于：所述的第一端口(1)、第二端口(2)、第三端口(3)、第四端口(4)四个微带输入/出端口，两两相邻之间的距离均大于17mm，长度大于9mm，宽度为0.62mm-0.64mm，且四个端口的特性阻抗均为50欧姆。
CN201910627113.7A 2019-07-11 2019-07-11 一种基于半模基片集成脊波导的混合环 Active CN110416682B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910627113.7A CN110416682B (zh) 2019-07-11 2019-07-11 一种基于半模基片集成脊波导的混合环

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910627113.7A CN110416682B (zh) 2019-07-11 2019-07-11 一种基于半模基片集成脊波导的混合环

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110416682A true CN110416682A (zh) 2019-11-05
CN110416682B CN110416682B (zh) 2021-04-06

Family

ID=68361162

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910627113.7A Active CN110416682B (zh) 2019-07-11 2019-07-11 一种基于半模基片集成脊波导的混合环

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110416682B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1937309A (zh) * 2006-10-20 2007-03-28 东南大学 半模基片集成波导90度三分贝定向耦合器
CN105161809A (zh) * 2015-08-19 2015-12-16 南京理工大学 和差支路采用不同导波结构的高隔离3分贝混合环
CN107732396A (zh) * 2017-09-29 2018-02-23 北京无线电测量研究所 一种基于基片集成波导的功分器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1937309A (zh) * 2006-10-20 2007-03-28 东南大学 半模基片集成波导90度三分贝定向耦合器
CN105161809A (zh) * 2015-08-19 2015-12-16 南京理工大学 和差支路采用不同导波结构的高隔离3分贝混合环
CN107732396A (zh) * 2017-09-29 2018-02-23 北京无线电测量研究所 一种基于基片集成波导的功分器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MANLI WANG .ET.AL: "Investigation of Ultra-wideband Ridged Half-mode Substrate-Integrated Waveguide Coupler", 《2018 11TH UK-EUROPE –CHINA WORKSHOP ON MILLIMETER WAVES AND TERAHERTZ TECHNOLOGIES(UCMMT)》 *
TAREK DJERAFI ET.AL: "Ridge Substrate Integrated Waveguide (RSIW) Dual-Band Hybrid Ring Coupler", 《IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS》 *
王曼丽: "天线馈电网络的关键器件研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110416682B (zh) 2021-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100309656B1 (ko) 칩형트랜스
CN105098295B (zh) 用于电磁信号转换的装置和方法
CN101026263B (zh) 衬底集成波导小型棱镜式喇叭天线
US9130252B2 (en) Symmetric baluns and isolation techniques
Sun et al. A ball grid array package with a microstrip grid array antenna for a single-chip 60-GHz receiver
CN103825076B (zh) 片式LTCC微型3dB定向耦合器
Abbosh Wideband planar crossover using two-port and four-port microstrip to slotline transitions
US9214715B2 (en) Hybrid coupler device having plural transmission line structures with unwound-rewound geometry
JP2011055377A (ja) 導波管変換器及びその製造方法
WO1998036467A1 (en) Narrow-band overcoupled directional coupler in multilayer package
CN109980366A (zh) 一种基于间隙波导的宽频带双圆极化端射阵列天线
US6057747A (en) Dielectric waveguide line and its branch structure
CN107230817A (zh) 半模基片集成波导3‑dB宽壁小孔耦合器
Lan et al. An ultra-wideband balun using multi-metal GaAs MMIC technology
Tseng et al. Design and implementation of new 3-dB quadrature couplers using PCB and silicon-based IPD technologies
JP2004153415A (ja) 高周波線路−導波管変換器
CN108963406A (zh) 基于多层电路工艺的基片集成波导的Gysel型功分器
CN110416682A (zh) 一种基于半模基片集成脊波导的混合环
CN208767444U (zh) 一种基于混合基片集成波导结构的三通带滤波器
CN113224494B (zh) 基于微带-槽线耦合线的双频带功率不等分定向耦合器
CN107732396A (zh) 一种基于基片集成波导的功分器
US20230034066A1 (en) BROADBAND AND LOW COST PRINTED CIRCUIT BOARD BASED 180º HYBRID COUPLERS ON A SINGLE LAYER BOARD
CN110165351A (zh) 一种耦合式宽带微带到介质集成波导的过渡结构
CN214378786U (zh) 一种波导到带状线过渡结构
CN114156623B (zh) 微波毫米波双频带独立设计的高频比定向耦合器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant