[发明专利]三维堆叠结构SIW双工器

说明书

本发明公开的一种三维堆叠结构SIW双工器，涉及微波无源器件领域。旨在提供一种易于小型化和高密度集成，能够实现收发信号垂直传输的SIW双工器。本发明通过下述技术方案实现：采用叠层SIW滤波器和平面传输线相结合的技术方式，两个作为收发的叠层SIW滤波器由设置在各介质层SIW谐振腔垂直堆叠组成，收发输入输出传输线位于SIW双工器顶层金属面，度弯折后与顶层收发合路信号平面传输线形成T形结构；并且它们的输入输出端口均位于顶层和底层的不同平面，多段位于顶层和底层的平面传输线将收发滤波器的输入输出端口分别进行T型合路和水平引出，形成符合毫米波频段下瓦片式有源相控阵天线实际应用需求的三维堆叠结构SIW双工器。

技术领域

本发明涉及微波无源器件领域，三维堆叠结构SIW(Substrate IntegratedWaveguide)SIW双工器。

背景技术

SIW双工器是异频双工电台，中继台的主要配件，其作用是将发射和接收讯号相隔离，保证接收和发射都能同时正常工作。它是由两组不同频率的带通滤波器组成。基片集成波导(SIW)技术作为近些年微波无源方向的新兴和热点技术之一。基片集成波导滤波器是一种在介质基片上实现的滤波器，它的性能类似矩形波导滤波器，但却属于平面电路。它具有品质因数高，功率容量大，易于加工，易于集成等特点。基于基片集成波导SIW谐振腔的滤波器具有微带滤波器的易于与系统集成和小型化的优点，同时也兼顾了波导滤波器高Q值(即低插损)、功率容量高的优势，因此基片集成波导SIW滤波器十分适用于在毫米波系统中的应用。基片集成波导(SIW)微波滤波器是通信系统和无线系统中常用的元器件之一，其性能的优劣直接影响到整个系统的质量。基片集成波导SIW其基本结构为在低损耗介质基板上下两面覆以金属层，基板两侧加以金属化通孔。SIW具有矩形波导和微带线的优点，即具有低损耗、高Q值、高功率容量、小型化和易于集成等优点，同时能通过现有的PCB或LTCC工艺来制作。由于基于SIW的谐振腔的厚度远远小于其长度和宽度，因此SIW谐振腔腔体耦合主要是通过腔体地面金属板的开孔和侧壁金属化通孔开窗以及通孔形成探针等结构来实现。通过多个基片集成波导SIW谐振腔的直接耦合或者交叉耦合，结合微波滤波器理论综合知识，可以形成具有不同带外响应特性的SIW滤波器，已有大量学者基于基片集成波导SIW谐振器研究了各种不同种类的微波滤波器，形成了一系列的SIW滤波器的设计理论和设计方法。目前针对基片集成波导SIW传输特性的定量分析有全波分析法，等效模型法和实验法。其中实验法是分别根据实际测量的每个场内位置的电磁参数，绘制基片集成波导的实际场，结果最为精确。但其耗时长，成本高，在实际应用中已经很少应用了。基于全波分析的第三方仿真软件可以较为方便的确定SIW的场域内电磁参数，并准确的分析其传输模型，以及通过建立模型，可以方便的了解SIW各个参数对于其传输特性的影响。而等效模型法，是将SIW器件的设计转化成为了成熟的波导器件设计，利用SIW和波导之间的等效参数设计，将不成熟的设计领域内的问题转化到了成熟的设计领域,降低了问题的难度，节省了解决问题的时间。基片集成波导主要的设计参数集中在金属通孔宽度W，金属通孔间距P，金属通孔直径D，以及基片厚度H上。随着微型集成电路的发展，信号经常需要在各个不同的传输系统或微型部件之间传递转换，对于SIW来说，也同样涉及到此类问题。SIW与一般传输系统之间大概涉及到三种传递转化的方式。一、与微带线共面连接，这种结构只需要一层介质基片。二、与微带线的异面连接，为微带线与SIW分别在不同层的介质基片上，通过通孔，探针耦合进行能量的传输。三、与同轴线的同轴连接。与微带线共面连接微带线是由平行双线逐渐发展而来的一种非平衡传输线。这种传输线是由介质基板和上面的微带导体带条组成的。由于导体带条和接地板之间是介电常数较高的介质基板，因此电场主要分布在导体带条和接地板之间的介质区域内。在低频传输时，可以视为场内传输的是准TEM模，辐射损耗较小。为了实现SIW与微带线的共面连接，除了物理上的相接外，还必须对SIW传输的主模10TE和微带线传输的准TEM模进行模式转换，同时，微带线自身的特性阻抗和SIW的波阻抗也必须进行匹配，满足这两个条件，才能进行信号的传递。50欧姆的微带线与SIW通过一个锥形的过渡段直接连接，同时实现模式匹配和阻抗。由于直接对过渡段进行优化会较为耗时，因此可以直接利用一个简易的等效模型可以寻找到较理想的初值。