專利名稱：基于復合左右手折疊基片集成波導的多層雙通帶耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波耦合器的技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及的是一種基于復合左右手折疊基片集成波導的多層雙通帶耦合器，可以用于微波毫米波電路設(shè)計，也可以用于微波毫米波集成電路設(shè)計。
背景技術(shù)：
基片集成波導結(jié)構(gòu)綜合了微帶線和矩形波導的優(yōu)點低成本、低剖面、損耗小、Q 值高，并且易于和平面電路集成等。然而，在一些實際電路中，它的尺寸還是比較大。為此， 有學者在基片集成波導的基礎(chǔ)上提出了一種新型波導結(jié)構(gòu)一折疊基片集成波導，其面積是基片集成波導的一半，減小了電路尺寸，提聞了集成度。近些年來，雙通帶耦合器在許多通信系統(tǒng)中受到大量關(guān)注。這些雙通帶耦合器大部分是在平面微帶電路上實現(xiàn)的，通過加載開路或短路支節(jié)和復合左右手結(jié)構(gòu)；而通過基片集成波導技術(shù)實現(xiàn)的非常少。V. A. Labay等人在2009年提出一種基片集成波導E 平面的雙通帶稱合器(V. A. Labay and J. Bornemann, “Design of dual-band substrate integrated waveguide E-plane directional couplers, ^Proc. 2009 Asia Pacific Microwave Conf. , TH2D-3,4p. , Singapore, December 2009.)，該稱合器通過兩個頻帶的間距為四分之一波長和四分之三波長實現(xiàn)。當把復合左右手結(jié)構(gòu)引入到基片集成波導中，可以在截止頻率以下產(chǎn)生一個通帶，從而可以實現(xiàn)雙通帶，但是復合左右手基片集成波導的輻射損耗很大，難以實現(xiàn)強耦合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種新的基于復合左右手折疊集成波導的多層雙通帶耦合器結(jié)構(gòu)將兩個折疊基片集成波導疊放在一起，并在其公共面上蝕刻槽縫進行耦合；同時通過在每個折疊基片集成波導的中間金屬層上蝕刻交指槽縫，實現(xiàn)復合左右手特性，產(chǎn)生雙通帶性能。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種基于復合左右手折疊基片集成波導的多層雙通帶耦合器，所述耦合器為多層結(jié)構(gòu)，自上至下分別為第一層金屬層I、第一層介質(zhì)層2、第二層金屬層3、第二層介質(zhì)層4、第三層金屬層5、第三層介質(zhì)層6、第四層金屬層7、第四層介質(zhì)層8、第五層金屬層9 ;在第一層介質(zhì)層2、第二層介質(zhì)層4、第三層介質(zhì)層6、第四層介質(zhì)層 8上設(shè)置有多個第一金屬化通孔10、以及第二金屬化通孔11，第一金屬化通孔10連接第一層金屬層I、第二層金屬層3、第三層金屬層5、第四層金屬層7、第五層金屬層9,第二金屬化通孔11連接第一層金屬層I、第三層金屬層5、第五層金屬層9 ;在第一層金屬層I的兩端分別設(shè)有共面波導結(jié)構(gòu)的隔離端15和耦合端16，在隔離端15和耦合端16處分別有一個第一盲孔13,第一盲孔13穿過第一層介質(zhì)層2、并連接第一層金屬層I和第二層金屬層3 ;在第五層金屬層9的兩端分別設(shè)有共面波導結(jié)構(gòu)的輸入端17和直通端18 ;在輸入端17和直通端18處分別有一個第二盲孔14，第二盲孔14穿過第四層介質(zhì)層8、并連接第四層金屬層7和第五層金屬層9 ;在隔離端15、耦合端16、輸入端17和直通端18的兩側(cè)分別有多個第三金屬化通孔12，第三金屬化通孔12連接第一層金屬層I、第二層金屬層3、第三層金屬層
5、第四層金屬層7、第五層金屬層9。優(yōu)選地，所述的第二層金屬層3上蝕刻有第一交指槽縫19，第一交指槽縫19有多個單元，呈周期性排列，每個單元中有多個交指；折疊基片集成波導通過第一漸變線22過渡到第一 90度弧形帶狀線23和第一直線形帶狀線24，并通過第一焊盤25上的第一盲孔 13引到共面波導結(jié)構(gòu)的隔離端15和耦合端16。優(yōu)選地，所述的第三層金屬層5上蝕刻有第二槽縫20，第二槽縫20有多個，呈周期性排列。優(yōu)選地，所述的第四層金屬層7上蝕刻有第三交指槽縫21，第三交指槽縫21有多個單元，呈周期性排列，每個單元中有多個交指；折疊基片集成波導通過第二漸變線26過渡到第二 90度弧形帶狀線27和第二直線形帶狀線28，并通過第二焊盤29上的第二盲孔 14引到共面波導結(jié)構(gòu)的輸入端17和直通端18。優(yōu)選地，所述第一金屬化通孔10、第二金屬化通孔11、以及第三金屬化通孔12分別排列成一排。優(yōu)選地，所述第一焊盤25為正方形焊盤。優(yōu)選地，所述第二焊盤29為正方形焊盤。本發(fā)明的基于復合左右手折疊基片集成波導的多層雙通帶耦合器與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(I)耦合器采用了折疊基片集成波導技術(shù)和寬平面耦合方法，具有結(jié)構(gòu)緊湊、空間利用率聞等特點。(2)采用折疊基片集成波導結(jié)構(gòu)，具有較高的Q值和低損耗。(3)把復合左右手結(jié)構(gòu)弓I入折疊基片集成波導，可以在波導結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)雙通帶性倉泛。


圖I是基于復合左右手折疊基片集成波導的多層雙通帶耦合器層狀結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是第一層金屬層(I)結(jié)構(gòu)不意圖。圖3是第一交指槽縫蝕刻在第二層金屬層(3)時的第二層金屬層(3)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是第二槽縫蝕刻在第三層金屬層(5)時的第三層金屬層(5)結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是第三交指槽縫蝕刻在第四層金屬層(7)時的第四層金屬層(7)結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是第五層金屬層(9)結(jié)構(gòu)不意圖。圖7是本發(fā)明實施例的第一個通帶的頻率響應(yīng)曲線。圖8是本發(fā)明實施例的第二個通帶的頻率響應(yīng)曲線。
具體實施例方式本發(fā)明的一個優(yōu)選例如圖I所示，所述耦合器是多層結(jié)構(gòu)，主要由兩個相同的折疊基片集成波導疊放在一起，自上至下分別為第一層金屬層I、第一層介質(zhì)層2、第二層金屬層3、第二層介質(zhì)層4、第三層金屬層5、第三層介質(zhì)層6、第四層金屬層7、第四層介質(zhì)層 8、第五層金屬層9 ;在第一層介質(zhì)層2、第二層介質(zhì)層4、第三層介質(zhì)層6、第四層介質(zhì)層8上設(shè)置一排第一金屬化通孔10和一排第二金屬化通孔11，第一金屬化通孔10連接第一層金屬層I、第二層金屬層3、第三層金屬層5、第四層金屬層7、第五層金屬層9，第二金屬化通孔 11連接第一層金屬層I、第三層金屬層5、第五層金屬層9,第一金屬化通孔10和第二金屬化通孔11構(gòu)成波導側(cè)壁。在第一層金屬層I的兩端分別設(shè)有特性阻抗均為50 Ω的共面波導結(jié)構(gòu)隔離端15 和耦合端16，如圖2所示，為了便于測試，在隔離端15和耦合端16處分別有一個第一盲孔 13穿過第一層介質(zhì)層2、并連接第一層金屬層I和第二層金屬層3 ;在隔離端15和耦合端 16的兩側(cè)分別有一排第三金屬化通孔12，形成良好的接地。第二層金屬層3上蝕刻有第一交指槽縫19，第一交指槽縫19有多個單元，每個單元有8個交指，共有三個單元，呈周期性排列，如圖3所示，實現(xiàn)復合左右手特性，產(chǎn)生雙通帶性能；折疊基片集成波導通過第一漸變線22過渡到第一 90度弧形帶狀線23和第一直線形帶狀線24，并通過正方形的第一焊盤25上的第一盲孔13引到共面波導結(jié)構(gòu)的隔離端15 和率禹合端16。第三層金屬層5上蝕刻有矩形的第二槽縫，共有9個，它們呈周期性排列，如圖4 所示，可以有效地進行耦合。第四層金屬層7上蝕刻有第三交指槽縫21，第三交指槽縫21有多個單元，每個單元有8個交指，共有三個單元，呈周期性排列，如圖5所示，實現(xiàn)復合左右手特性，產(chǎn)生雙通帶性能；折疊基片集成波導通過第二漸變線26過渡到第二 90度弧形帶狀線27和第二直線形帶狀線28，并通過正方形的第二焊盤29上的第二盲孔14引到共面波導結(jié)構(gòu)的輸入端17 和直通端18。第五層金屬層9的兩端分別設(shè)有特性阻抗均為50 Ω的共面波導結(jié)構(gòu)輸入端I7和直通端18，如圖6所示，為了便于測試，在輸入端17和直通端18處分別有一個第二盲孔14 穿過第四層介質(zhì)層8、并連接第四層金屬層7和第五層金屬層9 ;在輸入端17和直通端18 的兩側(cè)分別有一排第三金屬化通孔12，形成良好的接地。在第二層和第四層金屬層上蝕刻第一交指槽縫和第三交指槽縫，可以在折疊基片集成波導截止頻率以下產(chǎn)生一個通帶，實現(xiàn)復合左右手特性，產(chǎn)生雙通帶性能，并且通過改變交指的長度I3、寬度W3和交指間的間距W4，可以有效調(diào)節(jié)兩通帶的位置，而折疊基片集成波導的寬度WS主要決定第二個通帶頻率位置；在第三層金屬層上蝕刻矩形的第二槽縫進行耦合，改變第二槽縫的長度I和寬度W，可以有效地改變耦合度的大小。將基于復合左右手折疊基片集成波導的多層雙通帶耦合器的兩通帶控制在
2.4GHz和3. 8GHz，所采用的襯底材料為RogersR04350B，介電常數(shù)為3. 48，厚度為O. 762mm。 率禹合器的結(jié)構(gòu)尺寸為所有金屬化通孔和盲孔的直徑d = Imm,間距P = 2mm,折疊基片集成波導的寬度ws = 12mm,間距g = Imm ;隔離端、稱合端、輸入端和直通端對應(yīng)的50 Ω共面波導結(jié)構(gòu)的寬度wcpw = I. 78mm和間距scpw = O. 35mm,如圖2和圖6所示；在第二層金屬層和第四層金屬層上蝕刻的交指槽縫單元中交指的長度I3 = 5. 8mm,寬度W3 = O. 26mm,和交指間的間距W4 = O. 65mm,單元間的距離p3 = 16. 5mm,漸變線的長度It = 13mm,寬度wt =2mmm,帶狀線的寬度wm = O. 84mm, 90度弧形帶狀線的半徑rm = 2mm,直線形帶狀線的長度 lstrip = 3mm,正方形焊盤的邊長wpad = I. 5mm,如圖3和圖5所示；在第三層金屬層上蝕刻的矩形槽縫的長度1 = 9. 6mm,寬度w=l. 4mm,槽縫間的間距slot = 5. 9mm,如圖4所示。
圖7和圖8是本發(fā)明的基于復合左右手折疊基片集成波導的多層雙通帶耦合器的頻率響應(yīng)曲線。其中圖7是第一通帶的頻率響應(yīng)曲線，中心頻率f I為2. 43GHz，相對帶寬約為4. 12%，插入損耗(S21)為4. 14dB，耦合度(S41)為4. 16dB，回波損耗(Sll)為19. 23dB， 隔離度(S31)為17. 86dB ;圖8是第二通帶的頻率響應(yīng)曲線，中心頻率f2為3. 77GHz，相對帶寬約為5. 04%，插入損耗(S21)為3. 77dB，耦合度(S41)為3. 97dB，回波損耗(Sll)為 24. 05dB，隔離度(S31)為 20. 15dB。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施實例而已，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制， 任何未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施實例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于復合左右手折疊基片集成波導的多層雙通帶耦合器，其特征在于所述耦合器為多層結(jié)構(gòu)，自上至下分別為第一層金屬層(I)、第一層介質(zhì)層(2)、第二層金屬層(3)、 第二層介質(zhì)層(4)、第三層金屬層(5)、第三層介質(zhì)層￠)、第四層金屬層(7)、第四層介質(zhì)層(8)、第五層金屬層(9);在第一層介質(zhì)層(2)、第二層介質(zhì)層(4)、第三層介質(zhì)層(6)、第四層介質(zhì)層(8)上設(shè)置有多個第一金屬化通孔(10)、以及第二金屬化通孔(11)，第一金屬化通孔(10)連接第一層金屬層(I)、第二層金屬層(3)、第三層金屬層(5)、第四層金屬層(7)、 第五層金屬層(9)，第二金屬化通孔(11)連接第一層金屬層(I)、第三層金屬層(5)、第五層金屬層(9);在第一層金屬層(I)的兩端分別設(shè)有共面波導結(jié)構(gòu)的隔離端(15)和耦合端(16),在隔離端(15)和I禹合端(16)處分別有一個第一盲孔(13),第一盲孔(13)穿過第一層介質(zhì)層(2)、并連接第一層金屬層(I)和第二層金屬層(3);在第五層金屬層(9)的兩端分別設(shè)有共面波導結(jié)構(gòu)的輸入端(17)和直通端(18);在輸入端(17)和直通端(18)處分別有一個第二盲孔(14)，第二盲孔(14)穿過第四層介質(zhì)層(8)、并連接第四層金屬層(7) 和第五層金屬層(9);在隔離端(15)、耦合端(16)、輸入端(17)和直通端(18)的兩側(cè)分別有多個第三金屬化通孔(12)，第三金屬化通孔(12)連接第一層金屬層(I)、第二層金屬層(3)、第三層金屬層(5)、第四層金屬層(7)、第五層金屬層(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于復合左右手折疊基片集成波導的多層雙通帶耦合器，其特征在于所述的第二層金屬層(3)上蝕刻有第一交指槽縫(19)，第一交指槽縫(19)有多個單元，呈周期性排列，每個單元中有多個交指；折疊基片集成波導通過第一漸變線(22) 過渡到第一 90度弧形帶狀線(23)和第一直線形帶狀線(24)，并通過第一焊盤(25)上的第一盲孔(13)引到共面波導結(jié)構(gòu)的隔離端(15)和耦合端(16)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于復合左右手折疊基片集成波導的多層雙通帶耦合器，其特征在于所述的第三層金屬層(5)上蝕刻有第二槽縫(20)，第二槽縫(20)有多個，呈周期性排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于復合左右手折疊基片集成波導的多層雙通帶耦合器，其特征在于所述的第四層金屬層(7)上蝕刻有第三交指槽縫(21)，第三交指槽縫(21)有多個單元，呈周期性排列，每個單元中有多個交指；折疊基片集成波導通過第二漸變線(26) 過渡到第二 90度弧形帶狀線(27)和第二直線形帶狀線(28)，并通過第二焊盤(29)上的第二盲孔(14)引到共面波導結(jié)構(gòu)的輸入端(17)和直通端(18)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于復合左右手折疊基片集成波導的多層雙通帶耦合器，其特征在于所述第一金屬化通孔(10)、第二金屬化通孔(11)、以及第三金屬化通孔(12)分別排列成一排。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于復合左右手折疊基片集成波導的多層雙通帶耦合器，其特征在于所述第一焊盤(25)為正方形焊盤。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于復合左右手折疊基片集成波導的多層雙通帶耦合器，其特征在于所述第二焊盤(29)為正方形焊盤。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于復合左右手折疊基片集成波導的多層雙通帶耦合器，是一種利用兩個復合左右手折疊基片集成波導和公共金屬層上蝕刻槽縫進行耦合來實現(xiàn)的雙通帶耦合器；復合左右手折疊基片集成波導由折疊基片集成波導和其中間金屬層上蝕刻的交指槽縫組成；四個相同的共面波導結(jié)構(gòu)兩側(cè)有一排金屬化通孔，并通過盲孔與帶狀線連接形成輸入輸出端口；耦合器采用了折疊基片集成波導技術(shù)和寬平面耦合方法，具有結(jié)構(gòu)緊湊、空間利用率高等特點。
文檔編號H01P5/00GK102610891SQ20121010607
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者周亮, 姜偉, 尹文言, 張理正, 彭宏利, 毛軍發(fā) 申請人:上海交通大學