專利名稱：小型寬帶半?；刹▽矫婺結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微波毫米波混合集成電路，特別是一種新型的含有地板槽線蝕刻結構的小型寬帶半?；刹▽矫婺結構。
背景技術：
魔T結構是一種四端口的微波器件，在理想情況下的魔T結構是一種180°的混合環(huán)，但是傳統(tǒng)的波導魔T結構體積大，寬帶的匹配電路很難實現，所以傳輸相對帶寬一般低于10%。應用基片集成波導即SIW(Substrate Integrated Waveguide)以及半?；刹▽ЫY構即 HMSIW(Half Mode Substrate Integrated Waveguide)這類成熟的設計平臺來實現的平面結構，融合了矩形波導和微帶線的優(yōu)點，具有體積小、重量輕、相對帶寬較寬的優(yōu)點，同時可承受較高的功率門限，Q值也比較高，理論和實驗均表明這類平面結構具有非常突出的優(yōu)點，因此可在微波毫米波混合集成電路(HMIC)以及毫米波單片集成電路(MMIC)中得至Ij很好的應用。如文獻 1 ( “Integrated microstrip and rectangular waveguide inplanar form，，，IEEE Microwave and Wireless Comp. Lett. , Vol. 11, No. 2, 2001, pp. 68-70),文獻 2 ( "A Planar Magic-T Using Substrate Integrated Circuits Concept,，，IEEE Microwave andffireless Comp. Lett. , Vol. 18, No. 6, 2008, pp386_388),
^ i； K 3( "Half Mode SubstrateIntegrated Waveguide 180 3-dB Directional Couplers，” IEEE Trans. Microw. Theory Tech.，Vol. 55，No. 12，2007，pp2586_2592)中，都比較詳細地介紹了用基片集成波導(SIW)和半?；刹▽ЫY構(HMSIW)這類新技術， 以及由它們所設計的新型微波毫米波平面無源電路。以往的基片集成波導(SIW)平面魔T 結構采用的是T型或Y型的分支網絡，這類結構的缺點有(1)體積大；(2)電路匹配設計復雜，相對帶寬較小，在文獻2中的相對帶寬較小，僅為11.2% (8. 4-9. 4GHz) ； (3)端口之間的傳輸特性較差，隔離度也比較小。而半?；刹▽?HMSIW)結構與基片集成波導 (SIff)結構相比，體積減小了一半；另外結合半?；刹▽?HMSIW)的寬帶平面魔T結構的設計一直是微波毫米波平面無源電路上的一個難點。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種小型寬帶的半?；刹▽?HMSIW)等功率功分網絡，在改良傳統(tǒng)基片集成波導(SIW)等功率功分網絡的基礎之上，實現結構更為小型化、 簡單化，以便提供一種更加實用性的半模基片集成波導(HMSiw)平面魔T結構。實現本發(fā)明目的的技術解決方案為本發(fā)明小型寬帶半模基片集成波導平面魔 T結構，包括上下層介質基板、上層金屬面、中間層金屬面、底層金屬面、一排金屬柱及槽線結構，上層金屬面位于上層介質基板的上表面，中間層金屬面位于上下層介質基板的中間位置，底層金屬面位于下層介質基板的下表面，上層金屬面的寬度對應為半?；刹▽MSIW結構截止頻率對應波長的四分之一，中間層金屬面上半?；刹▽MSIW結構的一側蝕刻出槽線結構，該槽線結構包括槽線和扇形短路線，槽線在半?；刹▽MSIW結構外側的末端與扇形短路線相連接；上層介質基板上的50歐姆微帶線與槽線結構上下垂直相交，50歐姆微帶線與槽線結構相耦合。本發(fā)明與現有技術相比，其顯著優(yōu)點為(1)采用在介質基板中間層增加金屬面的新型功分網絡結構，體積相對減小了四分之三，結構更加緊湊；(2)采用微帶與槽線耦合再到半?；刹▽?HMSIW)的能量傳輸方式，傳輸相對帶寬明顯提高；(3)結構設計簡單易行，帶內功率分配端口輸出接近-3. 3dB，差臂和臂之間的隔離度非常高，兩能量等功率輸出端口隔離也很高，傳輸頻段的相對帶寬接近20%。


圖1為本發(fā)明小型寬帶半模集成波導(HMSIW)平面魔T的結構平面示意圖。圖2為本發(fā)明小型寬帶半模集成波導(HMSIW)平面魔T結構的上層示意圖。圖3為本發(fā)明小型寬帶半模集成波導(HMSIW)平面魔T結構的中間層示意圖。圖4為本發(fā)明小型寬帶半模集成波導(HMSIW)平面魔T結構的下層示意圖。圖5為本發(fā)明小型寬帶半模集成波導(HMSIW)平面魔T結構的立體示意圖。圖6為本發(fā)明小型寬帶半模集成波導(HMSIW)平面魔T測試的電路簡化圖。圖7為本發(fā)明小型寬帶半模集成波導(HMSIW)平面魔T結構仿真和測試結果圖。 其中，(a)為差臂能量等功率傳輸特性，端口 1(差臂)能量輸入時端口 2、3等功率輸出結果；(b)為和臂能量等功率傳輸特性，端口 4(和臂)能量輸入時端口 2、3等功率輸出結果； (c)為端口 1(差臂)和端口 4(和臂)的反射特性；(d)為能量等功率輸出端口 2、3的反射特性。圖8為本發(fā)明小型寬帶半模集成波導(HMSIW)差臂和臂以及等功分端口之間的隔離特性，端口 1(差臂)和端口 4(和臂)之間的隔離，等功率輸出端口 2、3的隔離。圖9為本發(fā)明小型寬帶集成波導(HMSIW)平面魔T結構差臂和臂等功率傳輸特性的幅度不平衡性。端口 1(差臂)能量輸入時端口 2、3等功率輸出時的幅度不平衡性，端口 4(和臂)能量輸入時端口 2、3等功率輸出時的幅度不平衡性。圖10為本發(fā)明小型寬帶半模集成波導(HMSIW)平面魔T結構差臂和臂等功率傳輸特性的相位不平衡性，端口 1(差臂)能量輸入時端口 2、3等功率輸出時的相位不平衡性，端口 4(和臂)能量輸入時端口 2，3等功率輸出時的相位不平衡性。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。結合圖1至圖5，本發(fā)明小型寬帶基片集成波導SIW平面魔T結構，包括上下層介質基板、上層金屬面1、中間層金屬面2、底層金屬面3、一排金屬柱4及槽線結構12，上層金屬面1位于上層介質基板的上表面，中間層金屬面2位于上下層介質基板的中間位置，底層金屬面3位于下層介質基板的下表面，在與一排金屬柱4相對的另一側，對上層金屬面1、中間層金屬面2和底層金屬面3進行刻蝕，使這三層金屬面在這一側上下垂直對齊，從而形成半?；刹▽У拇疟?；金屬柱4的高度與介質基板的厚度相同，上層金屬面1的寬度對應傳輸頻段的截止頻率的波長的四分之一，上層金屬面的寬度和金屬柱的半徑可以根據已有公式(1)- )計算
權利要求
1.一種小型寬帶半?；刹▽矫婺結構，其特征在于包括上層介質基板、下層介質基板、上層金屬面[1]、中間層金屬面[2]、底層金屬面[3]、一排帶有耦合開口的金屬柱[4]及槽線結構[12]；金屬柱W]的耦合開口長度為該半模基片集成波導平面魔T結構中心頻率處波長的二分之一，該耦合開口中心距等功率輸出端口四分之一波長，上層金屬面[1]位于上層介質基板的上表面，中間層金屬面[2]位于上層介質基板的下表面或下層介質基板的上表面，底層金屬面[3]位于下層介質基板的下表面，在中間層金屬面[2]上蝕刻有槽線結構[12]，該槽線結構[12]包括槽線和扇形短路線[13]，槽線在金屬柱[4]外側，槽線末端與扇形短路線[13]相連接，且槽線位于耦合開口的中間并與該開口垂直；上層介質基板上的50歐姆微帶線[11]與槽線結構[12]上下垂直相交，50歐姆微帶線[11] 末端為一段開路的階躍阻抗線[5]。
2.根據權利要求1所述的小型寬帶半?；刹▽矫婺結構，其特征在于所述每個金屬柱的高度與介質基板的厚度相同。
3 根據權利要求1所述的小型寬帶半模基片集成波導平面魔T結構，其特征在于上層金屬面[1]的左端設置有50歐姆微帶線[9]，右端設置有50歐姆微帶線[10]，上層金屬面[1]上設置有到50歐姆微帶線[9]的錐形過渡[6]和到50歐姆微帶線[10]的錐形過渡[7]。
4.根據權利要求1所述的小型寬帶半?；刹▽矫婺結構，其特征在于所述磁壁一側，中間層金屬面[2]、上層金屬面[1]以及底層金屬面[3]在垂直方向上對齊，該槽線結構[12]伸進耦合開口的長度為該平面魔T結構工作頻段中心頻率對應波長的四分之一。
5.根據權利要求1所述的小型寬帶半?；刹▽矫婺結構，其特征在于底層金屬面[3]左端部分寬度與介質基板的寬度相同，底層金屬面[幻右端設置有錐形過渡， 該錐形過渡與上層金屬面[1]的右端錐形過渡[7]的長度和寬度都相同；該底層金屬面 [3]右端的50歐姆微帶線[14]與上層金屬面[1]右端50歐姆微帶線[10]的結構尺寸都相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種小型寬帶半模基片集成波導HMSIW平面魔T結構。該小型寬帶半模基片集成波導HMSIW平面魔T包括介質基板上、中、下三層金屬面，介質基板含有一排金屬柱，中間層金屬面蝕刻出的槽線結構，能很好地實現從微帶線到半?；刹▽MSIW的能量傳輸。采用的半模基片集成波導HMSIW等功分網絡，代替了傳統(tǒng)的分支結構，使整個平面魔T的結構比以往基片集成波導SIW平面魔T結構體積減小了3/4，并且使魔T的相對工作帶寬有了很大的提高，而且該平面魔T的和差臂以及等功分端口之間具有良好的隔離特性。該小型寬帶半?；刹▽MSIW平面魔T設計簡單，體積小，電性能好，易于和其他平面微波毫米波電路集成。
文檔編號H01P5/20GK102157771SQ20101058251
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權日2010年12月10日
發(fā)明者馮文杰, 董士偉, 車文荃, 鄧寬, 陳敏, 顧黎明 申請人:南京理工大學, 西安空間無線電技術研究所