申请/专利权人：电子科技大学

申请日：2018-01-25

公开（公告）日：2020-10-23

公开（公告）号：CN108376821B

主分类号：H01P5/20(20060101)

分类号：H01P5/20(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.10.23#授权;2018.08.31#实质审查的生效;2018.08.07#公开

摘要：本发明涉及微波器件、传输线技术，具体涉及一种Ka波段基片集成波导魔T。本发明通过SIW魔T下层主波导采用圆楔形金属通孔使H‑T分支匹配，并使用感性金属膜片消除该圆楔形金属通孔产生寄生电容的影响，从而降低H臂端口的回波损耗。而上层E‑T分支由于电耦合会在耦合缝处产生寄生电容，所以使用感性金属块消除其影响，从而降低E臂端口的回波损耗。最终，本发明将SIW魔T的工作带宽提升至2GHz,幅度不平衡度降低至0.1dB。

主权项：1.一种Ka波段基片集成波导魔T，包括设置有耦合缝的上下两层介质基片，其特征在于：所述下层介质基片是魔T的H-T分支，上层介质基片通过电耦合的方式实现E-T分支，两层介质基片平行重叠，且上下层介质基片的横向边沿和纵向边沿分别对应平行，波导由介质基片上周期性排列的金属通孔构成；下层介质基片设置有主波导和分支波导，形成轴对称的H-T分支，分支波导的中心线垂直于主波导的中心线，耦合缝沿H-T分支波导的对称轴设置；主波导采用圆楔形金属通孔使H-T分支匹配，该圆楔形金属通孔产生寄生电容，下层基片的耦合缝设置于圆楔形的尖端处，上下两层介质基片的耦合缝位置相对应；所述上层介质基片的E臂设有贯穿上层介质基片的调配金属块，以消除上层E-T分支由于电耦合会在耦合缝处产生寄生电容的影响；调配金属块的宽度与基片集成波导的厚度相同，其上边沿与下边沿分别在波导的上下平面上；在下层介质基片的H臂还设有贯穿下层介质基片的调配金属膜片，以消除圆楔形金属通孔产生寄生电容的影响，调配金属膜片与基片集成波导的厚度相同，其上边沿与下边沿分别在波导的上下平面上。

全文数据：一种Ka波段基片集成波导魔T技术领域[0001]本发明涉及微波器件、传输线技术，具体涉及一种Ka波段基片集成波导魔T。背景技术[0002]作为一种常用的微波电桥，魔T在微波电路设计中发挥着举足轻重的作用。它非常广泛地应用在阻抗测量、E-H调配器、双工器和雷达系统所需的和差网络中。对于传统矩形波导魔T，是通过公共对称面的ET，HT接头的组合来实现的，其具有功率容量高、端口特性好等优点，但却存在着尺寸较大，调谐困难等缺点。[0003]随着现代微波电路的发展，电子器件的集成化和小型化变得极为重要，由此提出了一种平面集成波导技术一基片集成波导（SIW。它是通过在低损耗介质基片上周期性排列金属化通孔实现的，集合了传统金属波导与微带电路的优点，如:高Q值，高功率容量，较小的尺寸，易于集成等，同时由于整个结构为介质基片上形成金属化通孔而成，其制备可以通过PCB或LTCC精确实现，非常适合应用于微波电路的设计。[0004]近几年，由于SIW技术的优势，目前已经广泛应用于滤波器，耦合器，环形器，功分器等器件的设计，极大的推动了基片集成波导技术的发展。利用基片集成波导技术进行魔T的设计，不仅可以减小魔T的体积，使器件更加轻便，而且更有利于与其它电路的集成。但是对于基片集成波导结构魔T，其E面接头难以实现，而且会因为接头连接处的不连续性产生失配，影响性能，因此，E-T接头的实现及连接处的阻抗匹配就成为SIW魔T要解决的核心问题。发明内容[0005]针对上述存在的问题或缺陷，为解决SIW魔T存在的E-T接头难以实现以及连接处的阻抗匹配问题，本发明提供了一种Ka波段基片集成波导魔T，使设计的魔T在频带28.OGHz-30•OGHz具有较好的性能。[0006]具体技术方案如下：[0007]Ka波段基片集成波导魔T，包括设置有耦合缝的上下两层介质基片。[OOOS]其中，下层介质基片是魔T的H-T分支，上层介质基片通过电耦合的方式实现E-T分支，两层介质基片平行重叠，且上下层介质基片的横向边沿和纵向边沿分别对应平行，波导由介质基片上周期性排列的金属通孔构成。[0009]下层介质基片设置有主波导和分支波导，形成轴对称的H-T分支，分支波导的中心线垂直于主波导的中心线，耦合缝沿H-T分支波导的对称轴设置;主波导采用圆楔形金属通孔使H-T分支匹配，该圆楔形金属通孔产生寄生电容，下层基片的耦合缝设置于圆楔形的尖端处，上下两层介质基片的耦合缝位置相对应。在下层介质基片的H臂设有贯穿下层介质基片的调配金属膜片，以消除圆楔形金属通孔产生寄生电容的影响位置如图12所示），从而降低H臂端口的回波损耗;调配金属膜片与基片集成波导的厚度相同，其上边沿与下边沿分别在波导的上下平面上。[0010]上层介质基片的E臂设有贯穿上层介质基片的调配金属块位置如图13所示），以消除上层E-T分支由于电耦合会在耦合缝处产生寄生电容的影响，从而降低E臂端口的回波损耗;调配金属块的宽度与基片集成波导的厚度相同，其上边沿与下边沿分别在波导的上下平面上。[0011]本发明通过SIff魔T下层主波导采用圆楔形金属通孔使H-T分支匹配，以提升功分效果，降低幅度不平衡度;并使用感性金属膜片消除该圆楔形金属通孔产生寄生电容的影响，从而降低H臂端口的回波损耗。而上层E-T分支由于电耦合会在耦合缝处产生寄生电容，使用了感性金属块消除其影响，从而降低E臂端口的回波损耗。[0012]本发明采用圆楔形金属通孔使H-T分支匹配，提升了功分效果，降低了幅度不平衡度;并通过调配金属膜片和调配金属块使得各端口的匹配更佳，拓宽了使用带宽，降低了幅度不平衡度。最终，本发明将SIW魔T的工作带宽提升至2GHz，幅度不平衡度降低至O.ldB。附图说明[0013]图1为本发明SIW魔T的总体结构示意图；[0014]图2为本发明SIW魔T的上层结构的俯视图；[0015]图3为本发明SIW魔T的下层结构的俯视图；[0016]图4为实施例的各端口回波损耗图；[0017]图5为实施例的隔离图；[0018]图6为实施例的反相功分图；[0019]图7为实施例的反相幅度不平衡度图；[0020]图8为实施例的同相功分图；[0021]图9为实施例的同相幅度不平衡度图；[0022]图10为实施例的同相相位不平衡度图；[0023]图11为实施例的反相相位不平衡度图；[0024]图12为实施例的下层基片的示意图，其中r为下层H-T分支的圆楔状匹配的半径，1为调配金属膜片的长度，d为调配金属膜片到端口4的距离；[0025]图I3为本发明的上层基片各部件位置示意图，其中oz为横向偏置，ox为纵向偏置，a为E臂调配金属块的长度，h为调配金属块的厚度，u为调配金属块到耦合孔中心的距离，rl为SIW金属通孔的半径，j为两相邻金属通孔圆心的距离；[0026]附图标记：1-下层H臂的主波导，2-下层H臂的分支波导，3-耦合缝隙，4-匹配圆楔5-下层调配金属膜片，6-上层E臂，7-上层调配金属块。具体实施方式[0027]结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明：[0028]本发明是由上下两层基片集成波导结构构成的四端口器件，如图1。其中下层结构为魔T的H-T分支，而上层结构通过电耦合的方式实现E-T分支的功能。下层介质基片的h-T分支为轴对称结构，H臂分支由下层基片（主基片）集成波导的对称轴引出，且使用圆楔型圆楔形金属通孔设计实现匹配，同时在H臂主波导中心处开耦合缝隙实现与e臂的耦合。其俯视图如图3所示。[0029]上层E臂与传统波导魔T不同，其平行于下层的H臂，且通过电耦合的方式来实现主基片波导与E臂间的耦合，俯视图如图2所示。[0030]设计方法如下：[0031]首先，根据所需的工作频段Ka波段和选取的基片集成波导的结构参数确定出SIW宽度。[0032]其次，根据以上结构参数，在主基片集成波导1的中心对称处引出分支基片集成波导2,形成基于基片集成波导的H-T分支，并在主基片集成波导中心线偏置处设计圆楔形金属通孔4对H臂进行匹配，之后用调配金属膜片5对H臂进行调配。[0033]然后，在H臂的分支波导中心处开耦合缝隙3实现与E臂的耦合;之后，在H-T分支的上层添加基片集成波导结构6,结构6左端为金属化通孔所封闭，且其底层中对应处开缝隙实现与下层H-T分支结构的强耦合；[0034]最后，使用调配金属块7降低上层E臂的回波损耗从而达到拓展带宽的目的，从而提升SIW魔T的性能。[0035]Ka波段的基片集成波导魔T，由上下层E-T、H-T分支及匹配元件构成，其结构参数如下：[0036]基片集成波导基板厚度t:0.8mm基片集成波导宽度k:5.6mm[0037]通孔半径rl:〇.25mm通孔间距j:0.8ram[0038]圆楔状匹配半径r:2.4mm圆楔中金属通孔半径:0.07_[0039]親合缝宽度g:0.4mm下层H臂调配膜片厚度:〇.〇1_[0040]下层H臂调配膜片长度1:0.4mm下层H臂调配膜片宽度:〇.8_[0041]親合缝隙的长度b:4.4mm上层E臂调配金属块长度a:〇.68mm[0042]上层E臂调配金属块厚度h:0.09mm[0043]上层调配金属块到耦合孔中心的距离u:〇.95mm[0044]下层调配金属膜片到端口4的距离d:2.4mm[0045]耦合缝隙在E臂中的纵向偏置ox:〇.7mm[0046]親合缝隙在E臂中的横向偏置〇z:1.45mm[0047]获得的Ka波段基片集成波导魔T，介质基板材料为Duroidtm相对介电常数er=2•2，损耗角正切tanS=〇.0009。在频率28GHz〜30GHz，将上述参数的SIW结构魔T进行测试，其各端口回波损耗如图4所示均小于-20dB，其2,3端口的隔离度如图5优于_20dB，其E臂H臂隔离度优于-42dB，其同相与反相输出的幅度不平衡度如图7和图9所示均小于0•10dB，其同相与反相相位不平衡度如图10和图丨丨所示均小于〇.63°。[0048]综上，通过结构参数的调整可使本发明魔T具有良好的性能，且本发明通过调配金属膜片和调配金属块使得各端口的匹配更佳，拓宽了使用带宽，降低了幅度不平衡度。

权利要求：1.一种Ka波段基片集成波导魔T，包括设置有耦合缝的上下两层介质基片，其特征在于：所述下层介质基片是魔T的H-T分支，上层介质基片通过电耦合的方式实现E-T分支，两层介质基片平行重叠，且上下层介质基片的横向边沿和纵向边沿分别对应平行，波导由介质基片上周期性排列的金属通孔构成；下层介质基片设置有主波导和分支波导，形成轴对称的H-T分支，分支波导的中心线垂直于主波导的中心线，耦合缝沿H-T分支波导的对称轴设置;主波导采用圆楔形金属通孔使H-T分支匹配，该圆楔形金属通孔产生寄生电容，下层基片的耦合缝设置于圆楔形的尖端处，上下两层介质基片的耦合缝位置相对应；所述上层介质基片的E臂设有贯穿上层介质基片的调配金属块，以消除上层E-T分支由于电耦合会在耦合缝处产生寄生电容的影响；调配金属块的宽度与基片集成波导的厚度相同，其上边沿与下边沿分别在波导的上下平面上。2.如权利要求1所述Ka波段基片集成波导魔T，其特征在于:在下层介质基片的H臂还设有贯穿下层介质基片的调配金属膜片，以消除圆楔形金属通孔产生寄生电容的影响，调配金属膜片与基片集成波导的厚度相同，其上边沿与下边沿分别在波导的上下平面上。3.如权利要求1所述Ka波段基片集成波导魔T，其特征在于，结构参数如下：基片集成波导基板厚度t:0.8mm基片集成波导宽度k:5.6mm通孔半径rl:0.25mm通孔间距j:0.8mm圆楔状匹配半径r:2.4mm圆楔中金属通孔半径:0.07mm親合缝宽度g:0.4mm下层H臂调配膜片厚度:〇.〇lmm下层H臂调配膜片长度1:〇.4mm下层H臂调配膜片宽度:〇.8_耦合缝隙的长度b:4.4mm上层E臂调配金属块长度a:〇.68mm上层E臂调配金属块厚度h:〇.〇9mm上层调配金属块到耦合孔中心的距离u:0.95mm下层调配金属膜片到端口4的距离d:2.4mm耦合缝隙在E臂中的纵向偏置ox:0.7mm稱合缝隙在E臂中的横向偏置oz:1.45mm。

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