专利名称：小型宽带半模基片集成波导平面魔t结构的制作方法
技术领域：
本发明属于微波毫米波混合集成电路，特别是一种新型的含有地板槽线蚀刻结构的小型宽带半模基片集成波导平面魔T结构。
背景技术：
魔T结构是一种四端口的微波器件，在理想情况下的魔T结构是一种180°的混合环，但是传统的波导魔T结构体积大，宽带的匹配电路很难实现，所以传输相对带宽一般低于10%。应用基片集成波导即SIW(Substrate Integrated Waveguide)以及半模基片集成波导结构即 HMSIW(Half Mode Substrate Integrated Waveguide)这类成熟的设计平台来实现的平面结构，融合了矩形波导和微带线的优点，具有体积小、重量轻、相对带宽较宽的优点，同时可承受较高的功率门限，Q值也比较高，理论和实验均表明这类平面结构具有非常突出的优点，因此可在微波毫米波混合集成电路(HMIC)以及毫米波单片集成电路(MMIC)中得至Ij很好的应用。如文献 1 ( “Integrated microstrip and rectangular waveguide inplanar form，，，IEEE Microwave and Wireless Comp. Lett. , Vol. 11, No. 2, 2001, pp. 68-70),文献 2 ( "A Planar Magic-T Using Substrate Integrated Circuits Concept,，，IEEE Microwave andffireless Comp. Lett. , Vol. 18, No. 6, 2008, pp386_388),
^ i； K 3( "Half Mode SubstrateIntegrated Waveguide 180 3-dB Directional Couplers，” IEEE Trans. Microw. Theory Tech.，Vol. 55，No. 12，2007，pp2586_2592)中，都比较详细地介绍了用基片集成波导(SIW)和半模基片集成波导结构(HMSIW)这类新技术， 以及由它们所设计的新型微波毫米波平面无源电路。以往的基片集成波导(SIW)平面魔T 结构采用的是T型或Y型的分支网络，这类结构的缺点有(1)体积大；(2)电路匹配设计复杂，相对带宽较小，在文献2中的相对带宽较小，仅为11.2% (8. 4-9. 4GHz) ； (3)端口之间的传输特性较差，隔离度也比较小。而半模基片集成波导(HMSIW)结构与基片集成波导 (SIff)结构相比，体积减小了一半；另外结合半模基片集成波导(HMSIW)的宽带平面魔T结构的设计一直是微波毫米波平面无源电路上的一个难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型宽带的半模基片集成波导(HMSIW)等功率功分网络，在改良传统基片集成波导(SIW)等功率功分网络的基础之上，实现结构更为小型化、 简单化，以便提供一种更加实用性的半模基片集成波导(HMSiw)平面魔T结构。实现本发明目的的技术解决方案为本发明小型宽带半模基片集成波导平面魔 T结构，包括上下层介质基板、上层金属面、中间层金属面、底层金属面、一排金属柱及槽线结构，上层金属面位于上层介质基板的上表面，中间层金属面位于上下层介质基板的中间位置，底层金属面位于下层介质基板的下表面，上层金属面的宽度对应为半模基片集成波导HMSIW结构截止频率对应波长的四分之一，中间层金属面上半模基片集成波导HMSIW结构的一侧蚀刻出槽线结构，该槽线结构包括槽线和扇形短路线，槽线在半模基片集成波导HMSIW结构外侧的末端与扇形短路线相连接；上层介质基板上的50欧姆微带线与槽线结构上下垂直相交，50欧姆微带线与槽线结构相耦合。本发明与现有技术相比，其显著优点为(1)采用在介质基板中间层增加金属面的新型功分网络结构，体积相对减小了四分之三，结构更加紧凑；(2)采用微带与槽线耦合再到半模基片集成波导(HMSIW)的能量传输方式，传输相对带宽明显提高；(3)结构设计简单易行，带内功率分配端口输出接近-3. 3dB，差臂和臂之间的隔离度非常高，两能量等功率输出端口隔离也很高，传输频段的相对带宽接近20%。
图1为本发明小型宽带半模集成波导(HMSIW)平面魔T的结构平面示意图。图2为本发明小型宽带半模集成波导(HMSIW)平面魔T结构的上层示意图。图3为本发明小型宽带半模集成波导(HMSIW)平面魔T结构的中间层示意图。图4为本发明小型宽带半模集成波导(HMSIW)平面魔T结构的下层示意图。图5为本发明小型宽带半模集成波导(HMSIW)平面魔T结构的立体示意图。图6为本发明小型宽带半模集成波导(HMSIW)平面魔T测试的电路简化图。图7为本发明小型宽带半模集成波导(HMSIW)平面魔T结构仿真和测试结果图。 其中，(a)为差臂能量等功率传输特性，端口 1(差臂)能量输入时端口 2、3等功率输出结果；(b)为和臂能量等功率传输特性，端口 4(和臂)能量输入时端口 2、3等功率输出结果； (c)为端口 1(差臂)和端口 4(和臂)的反射特性；(d)为能量等功率输出端口 2、3的反射特性。图8为本发明小型宽带半模集成波导(HMSIW)差臂和臂以及等功分端口之间的隔离特性，端口 1(差臂)和端口 4(和臂)之间的隔离，等功率输出端口 2、3的隔离。图9为本发明小型宽带集成波导(HMSIW)平面魔T结构差臂和臂等功率传输特性的幅度不平衡性。端口 1(差臂)能量输入时端口 2、3等功率输出时的幅度不平衡性，端口 4(和臂)能量输入时端口 2、3等功率输出时的幅度不平衡性。图10为本发明小型宽带半模集成波导(HMSIW)平面魔T结构差臂和臂等功率传输特性的相位不平衡性，端口 1(差臂)能量输入时端口 2、3等功率输出时的相位不平衡性，端口 4(和臂)能量输入时端口 2，3等功率输出时的相位不平衡性。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述。结合图1至图5，本发明小型宽带基片集成波导SIW平面魔T结构，包括上下层介质基板、上层金属面1、中间层金属面2、底层金属面3、一排金属柱4及槽线结构12，上层金属面1位于上层介质基板的上表面，中间层金属面2位于上下层介质基板的中间位置，底层金属面3位于下层介质基板的下表面，在与一排金属柱4相对的另一侧，对上层金属面1、中间层金属面2和底层金属面3进行刻蚀，使这三层金属面在这一侧上下垂直对齐，从而形成半模基片集成波导的磁壁；金属柱4的高度与介质基板的厚度相同，上层金属面1的宽度对应传输频段的截止频率的波长的四分之一，上层金属面的宽度和金属柱的半径可以根据已有公式(1)- )计算
权利要求
1.一种小型宽带半模基片集成波导平面魔T结构，其特征在于包括上层介质基板、下层介质基板、上层金属面[1]、中间层金属面[2]、底层金属面[3]、一排带有耦合开口的金属柱[4]及槽线结构[12]；金属柱W]的耦合开口长度为该半模基片集成波导平面魔T结构中心频率处波长的二分之一，该耦合开口中心距等功率输出端口四分之一波长，上层金属面[1]位于上层介质基板的上表面，中间层金属面[2]位于上层介质基板的下表面或下层介质基板的上表面，底层金属面[3]位于下层介质基板的下表面，在中间层金属面[2]上蚀刻有槽线结构[12]，该槽线结构[12]包括槽线和扇形短路线[13]，槽线在金属柱[4]外侧，槽线末端与扇形短路线[13]相连接，且槽线位于耦合开口的中间并与该开口垂直；上层介质基板上的50欧姆微带线[11]与槽线结构[12]上下垂直相交，50欧姆微带线[11] 末端为一段开路的阶跃阻抗线[5]。
2.根据权利要求1所述的小型宽带半模基片集成波导平面魔T结构，其特征在于所述每个金属柱的高度与介质基板的厚度相同。
3 根据权利要求1所述的小型宽带半模基片集成波导平面魔T结构，其特征在于上层金属面[1]的左端设置有50欧姆微带线[9]，右端设置有50欧姆微带线[10]，上层金属面[1]上设置有到50欧姆微带线[9]的锥形过渡[6]和到50欧姆微带线[10]的锥形过渡[7]。
4.根据权利要求1所述的小型宽带半模基片集成波导平面魔T结构，其特征在于所述磁壁一侧，中间层金属面[2]、上层金属面[1]以及底层金属面[3]在垂直方向上对齐，该槽线结构[12]伸进耦合开口的长度为该平面魔T结构工作频段中心频率对应波长的四分之一。
5.根据权利要求1所述的小型宽带半模基片集成波导平面魔T结构，其特征在于底层金属面[3]左端部分宽度与介质基板的宽度相同，底层金属面[幻右端设置有锥形过渡， 该锥形过渡与上层金属面[1]的右端锥形过渡[7]的长度和宽度都相同；该底层金属面 [3]右端的50欧姆微带线[14]与上层金属面[1]右端50欧姆微带线[10]的结构尺寸都相同。
全文摘要
本发明涉及一种小型宽带半模基片集成波导HMSIW平面魔T结构。该小型宽带半模基片集成波导HMSIW平面魔T包括介质基板上、中、下三层金属面，介质基板含有一排金属柱，中间层金属面蚀刻出的槽线结构，能很好地实现从微带线到半模基片集成波导HMSIW的能量传输。采用的半模基片集成波导HMSIW等功分网络，代替了传统的分支结构，使整个平面魔T的结构比以往基片集成波导SIW平面魔T结构体积减小了3/4，并且使魔T的相对工作带宽有了很大的提高，而且该平面魔T的和差臂以及等功分端口之间具有良好的隔离特性。该小型宽带半模基片集成波导HMSIW平面魔T设计简单，体积小，电性能好，易于和其他平面微波毫米波电路集成。
文档编号H01P5/20GK102157771SQ20101058251
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者冯文杰, 董士伟, 车文荃, 邓宽, 陈敏, 顾黎明 申请人:南京理工大学, 西安空间无线电技术研究所