[发明专利]一种采用基片集成同轴线技术的紧凑型双频枝节线耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于基片集成同轴线(Substrate Integrated Coaxial Line,SICL)技术的紧凑型双频3-dB枝节线耦合器，属于无源微波器件领域。

背景技术

微波毫米波无源器件是无线通信系统的重要组成部分。随着无线通信系统的快速发展，对体积小、成本低、性能高和易于集成的无源器件产生了迫切的需求。在微波毫米波系统中，为了在输出端口实现幅度相等、90°相位差，在输入端口满足低回波损耗等性能要求，如威尔金森功分器、耦合器等各种形式的无源器件应运而生。传统的枝节线耦合器通常使用微带线或带状线枝作为传输线，在高频时有带宽窄、损耗大、体积大等缺点，无法适用于双频工作或对其尺寸有要求的场景。因此需要设计一种低损耗、体积紧凑，且工作在双频的枝节线耦合器，满足微波毫米波系统的需求。

近些年来,一种新型传输线:基片集成同轴线(Substrate Integrated Coaxial Line,SICL)被提出并得到了广泛应用。SICL是一种平面同轴线结构，由一条处于上下两层接地介质层间的信号导带和其两侧的两排金属通孔组成。类似于普通的带状线，SICL中传输的是TEM模。中心导带两侧的金属通孔避免了可能由于不连续性造成的平板模式的传输，因此减小了能量泄露和与其它导线间的互耦。SICL可通过PCB工艺实现，因此易于同其它的平面电路结构集成。

发明内容

发明目的：为了解决上述技术问题，本发明提供一种低损耗、体积紧凑，且工作在双频的枝节线耦合器，满足微波毫米波系统的需求。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种采用基片集成同轴线技术的紧凑型双频枝节线耦合器，包括介质基片、上表面金属层、下表面金属层、耦合器的主体部分和接地共面波导(Grounded Co-Planar Waveguide,GCPW)，所述耦合器的主体部分包括四条四分之一波长电长度的枝节线、四条二分之一波长电长度的枝节线、四条端口线和四个矩形分布式电容，所述四分之一波长电长度的枝节线由半SICL传输线构成，端口线由SICL传输线构成，二分之一波长电长度的枝节线由带状线构成。

SICL传输线的结构包括内导体信号线和外导体屏蔽层，外导体屏蔽层由设于内导体信号线两侧的若干金属通孔、上表面金属层和下表面金属层构成。半SICL传输线的结构包括内导体信号线和外导体屏蔽层，外导体屏蔽层由设于内导体信号线一侧的若干金属通孔、上表面金属层和下表面金属层构成。

耦合器的主体部分的四条四分之一波长电长度的枝节线的内导体信号线首尾相连组成矩形结构，四条二分之一波长电长度的枝节线和四条端口线位于矩形结构的外侧，四个矩形分布式电容位于矩形结构的内侧；四条二分之一波长电长度的枝节线的带状线的一端分别与矩形结构的四个角连接，另一端设有接地金属通孔；四条端口线的内导体信号线的一端分别与矩形结构的四个角连接，另一端分别通过金属连接孔与一个GCPW连接；四个矩形分布式电容分别通过金属线与矩形结构的一角连接。

有益效果：本发明整个结构可采用传统PCB多层工艺实现，易于设计和集成。与传统的枝节线耦合器相比，本发明具有如下优点：1、可在微波毫米波频段的两个频点上实现幅度相等、相位相差90°的功率分配特性。2、利用SICL技术，降低了能量泄漏，提高了输入端驻波性能和端口间的隔离度。3、本发明利用等效的高阻抗半SICL传输线及分布式电容，减小了耦合器体积，使其结构更加紧凑。

附图说明

图1为本发明耦合器的主体部分的原始电路模型；

图2为本发明通过高阻抗传输线及分布式电容等效后的电路模型；

图3为本发明的电路拓扑结构；

图4为本发明的俯视剖面示意图；

图5为本发明的主视剖面示意图；

图6为主体部分全采用SICL传输线结构的耦合器的俯视剖面图；

图7为主体部分全采用SICL传输线结构的耦合器的侧面示意图；

图8为本发明在低频处的S参数的幅度的仿真结果和实测结果；

图9为本发明在高频处的S参数的幅度的仿真结果和实测结果；

图10为本发明在低频处的S参数的相位差的仿真结果和实测结果；

图11为本发明在高频处的S参数的相位差的仿真结果和实测结果。

具体实施方式