[发明专利]一种连续可变型基片集成波导模拟移相器

说明书

技术领域

本发明专利涉及微波电路技术，特别是连续可变型的基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)模拟移相器。

技术背景

移相器是一种重要的微波器件，主要功能是对某一频率范围的信号进行移相处理，常用于相控阵天线、测试设备、信号的正交分解等方面。移相器是一种二端口微波网络，通过控制信号使网络的输入和输出信号之间产生可变的相位差，按照不同的工作原理，可分为数字式移相器和模拟式移相器。

基片集成波导(SIW)是一种新颖的微波传输线，其利用金属通孔在介质基片上获得类似于波导的场传播模式，具有Q值高、传输损耗小、易于加工实现、体积小、成本低等优点，现已成为微波毫米波领域的研究热点。

在相关的研究报道中，基片集成波导移相器主要采用三种方法来实现。2012年，K.Sellal基于内埋的PIN开关二极管实现了四位数字式基片集成波导步进移相器，参见文献K.Sellal,L.Talbi,and M.Nedil,“Design and implementation of a controllable phase shifter using substrate integrated waveguide,”IET Microw.Antennas Propag.,vol.6,no.9,pp.1090–1094,Apr.2012。

研究者Tao Yang设计了5种不同移相度数的基片集成波导移相器，利用微波开关选择需要的通道，参见文献T.Yang,M.Ettorre,and R.Sauleau,“Novel phase shifter design based on substrate integrated waveguide technology,”IEEE Microw.Wireless Compon.Lett.,vol.22,no.10,pp.518–520,Oct.2012。

以上两种移相器都可以看做是数字移相器。此外，研究人员还对基于终端反射式的连续调节模拟移相器进行了研究，通过控制外部电压来改变变容二极管的容值，从而改变反射端面复反射系数，实现输出信号的相位变化，参见文献Yan Ding,and Ke Wu,“Varactor-tuned substrate integrated waveguide phase shifter,”Microwave Symposium Digest,IEEE Mtt-s International.IEEE,2011:1-4.但是这种反射式移相器电路结构较复杂，并需要设计3dB耦合器。

发明内容

针对上述存在问题或不足，本发明提供了一种连续可变型的基片集成波导模拟移相器，包括50Ω特征阻抗微带线、变容二极管、过渡结构、基片集成波导和外围电阻电容电感；该移相器的结构特征是：输入端为50Ω特征阻抗的微带线，信号再经过渡结构馈到基片集成波导SIW。在工作于全模模式的SIW结构中，沿电磁场传播方向开一条槽，槽长与SIW长度相同，宽度s≤1.5mm；此槽线将基片集成波导分为两个部分，包含过渡结构一侧的SIW宽度为W，另一侧宽度为C，过渡结构为凹陷的矩形，其沿电磁场传播方向的长度1/3W≤l_x≤2/3W，另一边长度1/5W≤l_y≤2/3W。

将变容二极管和固定容值电容成对垂直于SIW分别安装在槽线两侧，并且两者连线和槽线垂直，每对变容二极管V_CD和固定容值电容C_m的中心距离s＜l_t≤2mm，相邻两对变容二极管和固定容值电容之间的距离5mm≤l_s≤10mm。

外围电阻电容电感:变容二极管的正极用焊锡在槽线一侧接地，固定容值电容C_m的一端用焊锡在槽线另一侧接地，变容二极管的负极和C_m的另一端通过焊锡连在一起，而后经过导线分别与扼流电感L_n和限流电阻R_n串联，同时与去耦电容C_n并联接地。C_m容值大于变容二极管最大容值100倍。

所述变容二极管和固定容值电容对数少于30对。

本发明的工作原理是：利用外部控制电压改变二极管的容值，使基片集成波导在槽线两侧的电场分布发生变化，进而导致电磁场在基片集成波导中传播的相位迟滞和/或超前，最终实现移相功能。