一种基于基片集成波导的单模反射型衰减器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于基片集成波导的单模反射衰减器，衰减器采用三个单模基片集成波导腔体(5)级联的结构，两侧为信号传输单模基片集成波导腔体(51)，中间为信号衰减单模基片集成波导腔体(52)；单模基片集成波导腔体(5)由介质基片(2)以及覆盖在介质基片(2)表面的上表面金属贴片(31)，下表面金属贴片(32)和沿上表面金属贴片(31)边缘排列并贯穿介质基片(2)的连续的金属化过孔(4)共同组成；级联腔体的两端分别设置带状阻抗转换器(6)，并与信号输入端(1)和信号输出端(7)相连接。基于基片集成波导的衰减器不仅衰减精确，而且剖面低、成本低、结构紧凑、易于集成，适合大规模生产和应用。
【专利说明】一种基于基片集成波导的单模反射型衰减器【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用于微波毫米波测试电路的单模反射型衰减器，特别涉及基片集成波导的波导结构。
【背景技术】
[0002]衰减器是一种在工作频段内，通过机械控制或电控的方法引入特定衰减的电路，广泛应用于日常电视机和收音机的信号接收系统以及微波测试领域。在微波测试系统中，因为一些大功率信号不能直接通过测量仪器测量，需要利用衰减器将功率衰减到测量仪器指定的范围内。基于矩形波导的反射型衰减器是一种非常常用的衰减器，它通过机械控制的方法来实现固定衰减，其具体结构为；信号输入和输出矩形波导之间，插入一段截止频率高于传输信号频率的矩形波导，该矩形波导的长度和宽度决定其衰减的大小。这种基于矩形波导的反射型衰减器由于其优良性能而得到了广泛的应用，然而这种衰减器加工精度严格，成本高，不易集成，不适合大规模生产。
[0003]基片集成波导(Substrate integrated waveguide, SIff)是由低损耗介质基片、覆盖在介质基片上下表面的金属镀层和位于基片两侧连续的金属化通孔或者金属柱组成，其传播特性与金属矩形波导类似，既有传统波导损耗低、Q值高、功率容量大的优点，又有微带线剖面低、结构紧凑、易于集成的优点，成为当前微波领域研究的热点之一。SIW的萌芽最早出现在1994年，是由 日本学者F.Shigeki提出，2003年，Prof.K.Wu提出了 SubstrateIntegrated Circuits (SIC)的概念。近年来，国内外众多学者对SIW技术展开了广泛的研究，SIW被广泛地应用到了微波毫米波电路中，如滤波器、耦合器、功分器、振荡器、天线馈线、频率选择表面等，为微波电路及系统的设计注入了新的活力。
[0004]描述的应用于微波毫米波测试电路的基于基片集成波导的单模(TEltl模)反射型衰减器主体采用三个单模基片集成波导级联的结构，两侧的单模基片集成波导腔体用来提供信号的输入与输出，他们的截止频率低于传输信号频率，中间的单模基片集成波导腔体用来提供信号衰减，他的截止频率高于传输信号频率；在级联波导的两端分别设置50 Ω带状阻抗转换器用来连接信号输入和输出；该衰减器不仅精确地实现了设定的信号衰减值，而且该衰减器成本低、剖面低、结构紧凑、功率容量大、易于集成，适应大规模生产，满足了大功率微波测试仪器小型化的要求，可以广泛应用于微波测试集成电路中。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种应用于微波测试领域，能实现精确衰减，并且成本低、剖面低、结构紧凑、易于集成的基于基片集成波导的单模反射型衰减器。
[0006]实现本发明的技术解决方案是:
[0007]—种基于基片集成波导的单模(TEltl模)反射型衰减器，该衰减器采用三个单模基片集成波导腔体级联的结构，两侧为信号传输单模基片集成波导腔体，中间为信号衰减单模基片集成波导腔体；单模基片集成波导腔体由介质基片以及覆盖在介质基片表面的上表面金属贴片，下表面金属贴片和沿上表面金属贴片边缘排列并贯穿介质基片的连续的金属化过孔共同组成；级联腔体的两端分别设置阻抗特性为50 Ω的带状阻抗转换器，并与信号输入端和信号输出端相连接。
[0008]通过控制信号传输单模基片集成波导腔体的尺寸，使其截止频率低于传输信号频率；通过控制信号衰减单模基片集成波导腔体的尺寸，使其截止频率高于传输信号频率并精确地实现设定的信号衰减。
[0009]本发明与现有技术相比，具体具有如下优点:
[0010]I)成本低:整个衰减器由介质基片，金属贴片，金属化通孔组成，因此可以由传统的印刷电路板技术实现，故而成本低廉；
[0011]2)加工难度低，适合大规模生产:传统的矩形波导反射型衰减器对加工精度要求高，加工难度大，不适合大规模生产。而基于基片集成波导反射型衰减器可以由传统的印刷电路板或低温共烧陶瓷技术实现，不仅在精度上能够达到令人满意的效果，而且加工难度低，不须额外调试，能够大规模生产；
[0012]3)尺寸小，易于集成:由于设计的衰减器采用单层基板结构，所以可以作为电路板的一部分本集成到大规模电路中去，不仅避免了设计上的麻烦，而且使得电路整体更加
紧凑、稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明基于基片集成波导的单模反射型衰减器的主视图，
[0014]图2为本发明基于基片集成波导的单模反射型衰减器的后视图，
[0015]图3为工作频率为12GHz的衰减器正向传输系数S21的实测结果，
[0016]以上图片中含有:
[0017]1:信号输入端；2:介质基片；31:上表面金属贴片；32:下表面金属贴片；4:金属化通孔；5:单模基片集成波导腔体；51:信号传输单模基片集成波导腔体；52:信号衰减单模基片集成波导腔体；6:带状阻抗转换器；7:信号输出端。
【具体实施方式】
[0018]一种基于基片集成波导的单模(TEltl模)反射衰减器，其特征在于该衰减器采用三个单模基片集成波导腔体5级联的结构，两侧为信号传输单模基片集成波导腔体51，中间为信号衰减单模基片集成波导腔体52 ;单模基片集成波导腔体5由介质基片2以及覆盖在介质基片2表面的上表面金属贴片31，下表面金属贴片32和沿上表面金属贴片31边缘排列并贯穿介质基片2的连续的金属化过孔4共同组成；级联腔体的两端分别设置带状阻抗转换器6，并与信号输入端I和信号输出端2相连接。
[0019]进一步的，通过控制信号传输单模基片集成波导腔体51的尺寸，使其截止频率低于传输信号频率；通过控制信号衰减单模基片集成波导腔体52的尺寸，使其截止频率高于传输信号频率并实现设定的信号衰减。
[0020]衰减器的结构如图1和图2所示，本实施实例的基板尺寸为31X8.0X1.6mm，使用LPKF机械刻板机(ProtoMat S63)和实验室金属孔化(Mini LPS)工艺加工制作了设计的原型衰减器；介质基片4的材料为环氧玻璃布层压板FR4，介电常数为4.4 ;信号传输单模基片集成波导腔体51的尺寸为10.8X6.5X1.6mm ;信号衰减单模基片集成波导腔体52的尺寸为10.8X6.5X1.6mm ;带状阻抗转换器6长度为3.75mm,与信号传输单模基片集成波导腔体51相连的一端宽为2.7mm,与信号输入端I或7相连的一端宽为3.23mm ;金属化过孔4的直径的为0.2mm,间距为0.4mm。
[0021]使用Agilent矢量网络分析仪(E5071C)实测的衰减器的正向传输系数S21的参数如图2所示。从实测结果可以发现，衰减器在12GHz (11.7-12.2GHz为卫星广播通信用频段)下实测的衰减值为-16.7dB，具有良好的衰减性能。
【权利要求】
1.一种基于基片集成波导的单模反射衰减器，其特征在于该衰减器采用三个单模基片集成波导腔体(5)级联的结构，两侧为信号传输单模基片集成波导腔体(51)，中间为信号衰减单模基片集成波导腔体(52);单模基片集成波导腔体(5)由介质基片(2)以及覆盖在介质基片(2)表面的上表面金属贴片(31)，下表面金属贴片(32)和沿上表面金属贴片(31)边缘排列并贯穿介质基片(2)的连续的金属化过孔(4)共同组成；级联腔体的两端分别设置带状阻抗转换器(6)，并与信号输入端(I)和信号输出端(7)相连接。
【文档编号】H01P1/22GK103985936SQ201310063096
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2013年2月7日 优先权日:2013年2月7日
【发明者】肖丙刚, 谢治毅, 孙润亮, 章东平 申请人:中国计量学院