[发明专利]基于集成基片间隙波导的缝隙耦合定向耦合器

说明书

本发明公开了基于集成基片间隙波导的缝隙耦合定向耦合器，该耦合器包括两个结构相同的ISGW耦合波导，耦合波导包括过孔层介质板和间隙层介质板。过孔层介质板一面印刷有金属地层，另一面印刷有周期性的圆形金属贴片和耦合微带线，且在圆形金属贴片和耦合微带线上打有金属过孔；间隙层介质板一面印刷有耦合微带线，另一面印刷有带耦合缝隙的金属地层；一块间隙层介质板的上表面与一块过孔层介质板的下表面紧密连接，形成耦合波导；两个耦合波导相对旋转180度后紧密连接。本发明能够克服现有耦合器的不足，同时实现宽带宽和较高的隔离度，具有易集成、尺寸小、耦合系数可调、宽带宽、较高隔离和适用于5G频段等优点。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别是涉及基于集成基片间隙波导的缝隙耦合定向耦合器。

背景技术

定向耦合器是一种重要的微波毫米波器件，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金属波导耦合器和微带耦合器。随着5G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，传统的金属波导耦合器结构不易于集成，微带耦合器应用在高频时损耗较大，限制了其在高频的应用。

基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)可以较好地解决了金属波导耦合器和微带耦合器应用在高频问题，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(Electromagnetic Band Gap，电磁场带隙)结构围绕着金属脊，准TEM模式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)结构设计出了多种类型的耦合器。基于SIW的耦合形式主要有：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。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供基于集成基片间隙波导的缝隙耦合定向耦合器，能够克服现有耦合器的不足，同时实现宽带宽和较高的隔离度。