一种基于简化对偶复合左右手结构的超宽带耦合器的制作方法

本发明涉及耦合器技术领域，尤其涉及一种基于简化对偶复合左右手结构的超宽带耦合器。

背景技术：

复合左右手结构是对微波电路设计产生深刻影响的一种超材料概念，具有一般导波结构不具备的特有特性,例如在低频阶段,它会呈现出左手材料的结构特性,相速度和群速度的传播方向相反,同时具有相位提前的传输特性；而在高频阶段,它又会呈现出右手材料特性,相速度和群速度的传播方向相同。对比已经发展成熟的复合左右手结构来看,它相应地对偶结构—对偶复合左右手(dualcompositeright/left-handed,dcrlh)结构在近几年的研究中也得到了越来越多的关注。

dcrlh的等效电路模型最早由richardw.ziolkowski和ching-yingcheng两位学者提及并进行初步研究。2006年,christophecaloz正式提出了dcrlh概念并对dcrlh结构等效电路模型的特性进行了深入研究。christophecaloz提出了一种采用metal-insulator-metal(mim)技术实现的dcrlh结构,该结构由三个金属层、两层介质板构成。

dcrlh结构的特点是:其低频通带具有右手特性,高频通带具有左手特性,这与复合左右手结构的左右手通带分布恰好相反。作为新型超材料结构,dcrlh结构也有潜力进一步促进新型微波器件的研究。

综合利用dcrlh结构和crlh结构,有可能构成性质独特的组合,这种情况是单纯复合左右手结构无法实现的。因此,dcrlh结构在微波电路方面具有非常重要的研究价值,同时在整个电磁场领域也会有很高的应用前景。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于简化对偶复合左右手结构的超宽带耦合器，用以解决现有耦合器超宽带特性较差的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种基于简化对偶复合左右手结构的超宽带耦合器，该超宽带耦合器包括：覆铜金属结构、介质基板结构；

覆铜金属结构共三层，介质基板结构共两层；

顶层的覆铜金属结构位于上层的介质基板结构的上表面；

中层的覆铜金属结构位于上层的介质基板结构和下层的介质基板结构之间，作为公共接地面；

底层的覆铜金属结构位于下层的介质基板结构的下表面；

顶层和底层的覆铜金属结构均包括：微带馈线、微带贴片、简化对偶复合左右手结构。

顶层的覆铜金属结构中，微带贴片位于覆铜金属结构中央，且微带贴片的左右两侧各自与一条微带馈线连接；

左侧的微带馈线向前弯折90°，右侧的微带馈线向后弯折90°；

简化对偶复合左右手结构有两对，每对简化对偶复合左右手结构中：一个简化对偶复合左右手结构设置在微带贴片的前侧，另一个简化对偶复合左右手结构设置在微带贴片的后侧；

微带贴片的左前和右后的简化对偶复合左右手结构均为方形的右手螺旋结构，微带贴片的右前和左后的简化对偶复合左右手结构均为方形的左手螺旋结构。

底层的覆铜金属结构中，微带贴片位于覆铜金属结构中央，且微带贴片的左右两侧各自与一条微带馈线连接；

左侧的微带馈线向后弯折90°，右侧的微带馈线向前弯折90°；

简化对偶复合左右手结构有两对，每对简化对偶复合左右手结构中：一个简化对偶复合左右手结构设置在微带贴片的前侧，另一个简化对偶复合左右手结构设置在微带贴片的后侧；

微带贴片的左前和右后的简化对偶复合左右手结构均为方形的右手螺旋结构，微带贴片的右前和左后的简化对偶复合左右手结构均为方形的左手螺旋结构。

中层的覆铜金属结构的中心时刻有方槽的缺陷结构。

微带贴片的宽度w1为6mm，宽度为15mm。

方槽的长度l2为15mm，宽度w2为14mm。

两对简化对偶复合左右手结构之间的距离l1为7.7mm；

简化对偶复合左右手结构的覆铜金属的宽度w3为0.2mm，缝隙的宽度s为0.2mm，最外圈的最大边长l3为2.5mm，最内圈的宽度l5为0.8mm。

微带馈线的线阻抗为50ω；

介质基板结构采用聚四氟乙烯材料制成，且介电常数为2.55；

超宽带耦合器的整体尺寸为40.52mm×22.76mm。

本发明有益效果如下：

1、本发明提供的耦合器在传统超宽带耦合器的微带贴片结构中加载了螺旋简化dcrlh结构，新的贴片结构尺寸更小更紧凑。

2、本发明提供的耦合器的两层微带贴片之间的共用接地面采用了方槽缺陷地结构，大大增强了顶层与底层贴片间的耦合作用，从而实现了超宽带特性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为一种基于简化对偶复合左右手结构的超宽带耦合器的结构示意图；

图2为一种基于简化对偶复合左右手结构的超宽带耦合器的顶层和中层覆铜金属结构的示意图；

图3为一种基于简化对偶复合左右手结构的超宽带耦合器的简化对偶复合左右手结构的示意图；

图4为一种基于简化对偶复合左右手结构的超宽带耦合器的仿真散射参数曲线；

图中：1-微带馈线、2-微带贴片、3-简化对偶复合左右手结构、4-接地面。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

如图1所示，一种基于简化对偶复合左右手结构的超宽带耦合器，该超宽带耦合器包括：覆铜金属结构、介质基板结构；

覆铜金属结构共三层，介质基板结构共两层；

顶层的覆铜金属结构位于上层的介质基板结构的上表面；

中层的覆铜金属结构位于上层的介质基板结构和下层的介质基板结构之间，作为公共接地面4；

底层的覆铜金属结构位于下层的介质基板结构的下表面；

顶层和底层的覆铜金属结构均包括：微带馈线1、微带贴片2、简化对偶复合左右手结构3。

如图2所示，顶层的覆铜金属结构中，微带贴片2位于覆铜金属结构中央，且微带贴片2的左右两侧各自与一条微带馈线1连接；

左侧的微带馈线1向前弯折90°，右侧的微带馈线1向后弯折90°；

简化对偶复合左右手结构3有两对，每对简化对偶复合左右手结构3中：一个简化对偶复合左右手结构3设置在微带贴片2的前侧，另一个简化对偶复合左右手结构3设置在微带贴片2的后侧；

微带贴片2的左前和右后的简化对偶复合左右手结构3均为方形的右手螺旋结构，微带贴片2的右前和左后的简化对偶复合左右手结构3均为方形的左手螺旋结构。

底层的覆铜金属结构中，微带贴片2位于覆铜金属结构中央，且微带贴片2的左右两侧各自与一条微带馈线1连接；

左侧的微带馈线1向后弯折90°，右侧的微带馈线1向前弯折90°；

如图2、图3所示，简化对偶复合左右手结构3有两对，每对简化对偶复合左右手结构3中：一个简化对偶复合左右手结构3设置在微带贴片2的前侧，另一个简化对偶复合左右手结构3设置在微带贴片2的后侧；

微带贴片2的左前和右后的简化对偶复合左右手结构3均为方形的右手螺旋结构，微带贴片2的右前和左后的简化对偶复合左右手结构3均为方形的左手螺旋结构；

即，如图1所示，当把超宽带耦合器翻面后，上层和下层的覆铜金属结构一致。

中层的覆铜金属结构的中心时刻有方槽的缺陷结构。

如图2所示，微带贴片2的宽度w1为6mm，宽度为15mm。

如图2所示，方槽的长度l2为15mm，宽度w2为14mm。

如图2、图3所示，两对简化对偶复合左右手结构3之间的距离l1为7.7mm；

简化对偶复合左右手结构3的覆铜金属的宽度w3为0.2mm，缝隙的宽度s为0.2mm，最外圈的最大边长l3为2.5mm，次长边的长度l4为2mm，最内圈的宽度l5为0.8mm。

微带馈线1的线阻抗为50ω；

介质基板结构采用聚四氟乙烯材料制成，且介电常数为2.55；

超宽带耦合器的整体尺寸为40.52mm×22.76mm。

本发明的原理：通过在传统超宽带耦合器的基础上，引入了平面螺旋简化dcrlh结构。将顶层和底层的方形微带贴片用平面螺旋简化dcrlh结构代替，并将其设计成对称的两部分，新的贴片结构可使耦合器的整体尺寸更小更紧凑。另外，中间层的接地面上蚀刻有方槽来加强顶层与底层贴片间的耦合作用，从而实现超宽带特性，方槽的长度与贴片相同，通过改变方槽的宽度可以调整耦合器的性能。

本发明的思想同样适用于其他工作频率，只需针对于不同的工作频率，利用商业电磁仿真软件(如ansyshfss)，对本耦合器进行建模仿真，调整参数，以适应所需频率。

图4为超宽带耦合器仿真的散射参数曲线，由图4可以看出，所设计耦合器在1-4ghz内的回波损耗和隔离度基本低于-20db，在1.5-4ghz之间的耦合度约为3±1.1db，在1-1.5ghz之间的耦合度较差，约为3±3db,带内插损小于-1.7db。

综上所述，本发明实施例提供了一种基于简化对偶复合左右手结构的超宽带耦合器，本发明提供的耦合器在传统超宽带耦合器的微带贴片结构中加载了螺旋简化dcrlh结构，新的贴片结构尺寸更小更紧凑；本发明提供的耦合器的两层微带贴片之间的共用接地面采用了方槽缺陷地结构，大大增强了顶层与底层贴片间的耦合作用，从而实现了超宽带特性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。