[发明专利]一种基于基片集成间隙波导的耦合器

说明书

本发明涉及一种基于基片集成间隙波导的耦合器，该耦合器结构由上层介质板（5）和下层介质板（6）紧密连接而成。上层介质板（5）的上表面印刷有接地金属层，下表面印刷有耦合微带线（13）；下层介质板（6）上表面印刷有周期性的圆形金属贴片（9）、（15）和H型耦合微带线（12），下表面印刷有金属层，并在下层介质板（6）上打有周期性的金属过孔（10）、（11）、（14）。本发明具有易集成、小尺寸、宽带宽、低损耗、较高隔离等优点。

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种基于基片集成间隙波导的耦合器。

背景技术

定向耦合器是一种重要的微波毫米波器件，定向耦合器是一种通用的微波/毫米波部件，可用于信号的隔离、分离和混合，如功率的监测、源输出功率稳幅、信号源隔离、传输和反射的扫频测试等。耦合器的形式主要包括波导耦合器和微带耦合器。随着通信系统的发展，对于微波毫米波设备的频率要求越来越高，然而，传统的矩形波导耦合器和微带耦合器在高频损耗较大，限制了其在高频的应用。

基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)的出现则较好地解决了以上问题，基片集成波导利用金属过孔在介质板中实现波导的场传播模式，结合了传统波导和微带传输线两者的优点，是一种高性能的微波毫米波平面电路。然而，随着频率的增高，基片集成波导的性能也会下降。

2009年，一种更适用于高频的波导结构被提出来，即间隙波导(Gap Waveguide,GW)。间隙波导包括两层结构：PEC层和PEC/PMC层，两层结构被小于1/4波长的空气间隙隔开。在PEC/PMC层中，高阻抗的EBG结构阵列围绕着金属脊，仅仅准TEM模式的电磁波可以沿着金属脊传播。间隙波导相比其他波导的主要优势是低损耗，不需要电连接，具有良好的金属屏蔽作用。

目前，基于SIW结构和间隙波导(GW)结构设计出了多款耦合器。基于SIW的耦合器形式主要有：(1)两个SIW并列，通过孔耦合；(2)两个耦合器交叉排列在单层介质板上；(3)两个SIW以交叉或者重叠的形式上下排列，通过缝隙耦合；(4)两个SIW并列，以传输线耦合的形式设计；(5)两个SIW垂直放置，通过缝隙耦合。基于间隙波导的耦合器设计主要有两种类型：一种是基于孔耦合理论的波导耦合器；另一种为将耦合器以传导脊的形式设计在间隙波导中。但是，基于SIW的耦合器依然存在着空间辐射和表面波的问题，而间隙波导耦合器的尺寸则较大，不适合集成。

2012年，微带间隙波导被设计出来以满足通信系统小型化的需求。近年来，张晶[1-2]等学者利用介质板代替了微带间隙波导中的空气间隙，设计出了基片集成间隙波导结构，实现了更稳定的间隙高度，和更高的性能。由于基片集成间隙波导的高性能，将其应用于微波毫米波器件的设计中，也是一种必然的趋势。

本发明首次将基片集成间隙波导技术用于定向耦合器的设计，解决了SIW耦合器和GW耦合器存在的问题，同时实现了宽带宽和较高的隔离度。

本发明内容，经文献检索，未见与本发明相同的公开报道。

参考文献

[1]J.Zhang,X.P.Zhang,and D.Y.Shen,“Design of Substrate Integrated GapWaveguide”,in 2016IEEE MTT-S Microw.Symp,San Francisco,CA,USA,August 2016.

[2]J.Zhang,X.P.Zhang,A.A.Kishk,“Study of Bend Discontinuities inSubstrate Integrated Gap Waveguide”,IEEE Microw.Wireless Compon.Lett,vol.27,no.3,pp.221-223,Mar.2017.

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，设计出一种基于基片集成间隙波导的耦合器。