专利名称：使用衬底集成波导的移相器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用衬底集成波导(SIW)的移相器(phase shifter),更具体地，涉及一种通过SIW中的气孔的形成和电介质的插入来实施的移相器。
背景技术：
移相器是一种改变或调节电信号的相位的装置。其广泛用于微波系统应用中，诸如无线通信、雷达和测量设备。移相器可能够以各种方式实施。特别地，最近已开发了使用衬底集成波导(SIW)的移相器。SIW包括在介电衬底上的多列通壁，所述通壁被设置成彼此平行。从而，SIW具有 和传统的波导类似的功能。另外，Siw具有传统的波导和微带传输线两者的优点，像高Q因素、高功率容量、较小的尺寸和集成的可能性。这些优点使得SIW能够广泛地用于微波和毫米波电路中，例如谐振器、滤波器和天线。通过将铁氧体环状磁心插入SIW中或将金属极插入SIff的中间来实施最近使用该SIW开发的移相器。
发明内容
必须将移相器设计成满足插入损耗、带宽、功率容量、尺寸、重量、相位误差等方面的各种性能需求。然而，使用铁氧体环状磁心的移相器很难制造，并且在尺寸和重量上很大。另一方面，具有插入到Siw的中间的金属极的移相器能够通过改变金属极的位置来很容易地调节相位改变量。然而，由于相位改变量的增加时,插入损耗也增加,所以对相位改变量存在限制。下面的描述涉及一种移相器，可以通过在衬底集成波导(SIW)的衬底中形成气孔并将介电材料插入每个气孔来容易地制造该移相器，所述介电材料的介电常数与衬底的介电常数不同，该移相器能够被设计为通过调节气孔的尺寸、气孔之间的缝隙和气孔的数量来提供所需的相位移动量。下面的描述还涉及一种平衡-不平衡变压器(balun)，能够通过在SIW的衬底中形成气孔并将介电材料插入每个气孔中来容易地制造该平衡-不平衡变压器，所述介电材料的介电常数与衬底的介电常数不同，该平衡-不平衡变压器可以被设计为通过调节气孔的尺寸、气孔之间的缝隙和气孔的数量来在SIW中的不平衡信号与平衡信号之间进行转换。下面的描述还涉及一种定向偶合器，能够通过在SIW的衬底中形成气孔并将介电材料插入每个气孔中来容易地制造该定向偶合器，所述介电材料的介电常数与衬底的介电常数不同。下面的描述还涉及一种SIW，该SIW可以改变信号的相位。在一个总的方面，提供了一种使用衬底集成波导(SIW)的移相器。该移相器包括衬底；以及集成在衬底上的波导，其中所述波导包括输入端口、输出端口、两列通壁和多个气孔或多个杆，所述通壁被波导的宽度分离开并且被设置成彼此平行，所述气孔被形成以移动(shift)在输入端口与输出端口之间的信号的相位，每个所述杆包括气孔和插入气孔中的介电材料。当波导包括气孔时，在输入端口与输出端口之间移动的信号相位的量可以根据气孔的直径、气孔之间的距离和气孔的数量中的至少一者来改变。当波导包括杆时，输入端口与输出端口之间移动的信号相位的量可以根据杆的直径、杆之间的距离和杆的数量中的至少一者来改变。 移动的信号的相位的量可以和气孔直径的增加成比例地增加。移动的信号的相位的量可以和杆的直径和杆的数量中的至少一者的增加成比例
地增加。每个杆可以具有其中通过使用内外螺纹旋合(male-female screwing)方法将介电材料插入气孔中的结构。在输入端口与输出端口之间移动的信号的相位的量可以和介电材料插入每个杆中的气孔中的深度的增加成比例地增加。在另一个方面，提供了一种使用SIW的平衡-不平衡变压器。该平衡-不平衡变压器包括衬底；以及集成在衬底上的波导，其中所述波导包括两列通壁、输入端口、功率除法器以及第一输出端口和第二输出端口，所述通壁被波导的宽度分离开并设置成彼此平行，所述功率除法器划分输入到功率除法器的输入端口、第一和第二分支的信号的功率，所述第一输出端口和第二输出端口分别连接到第一分支和第二分支，其中所述第一和第二分支中的任意一者具有多个杆，每个杆包括气孔和插入到气孔中的介电材料，以及所述第一和第二分支中的另一者具有多个气孔或不具有气孔。在另一个方面中，提供了一种使用SIW的定向偶合器。该定向偶合器包括衬底；以及集成在所述衬底上的波导，其中所述波导包括第一输入分支、第二输入分支、第一输出分支、第二输出分支、第一列通壁、第二列通壁、输入端口、以及绝缘端口、功率除法器、以及第一输出端口和第二输出端口，所述第一列通壁位于所述第一输入分支和所述第二输入分支之间，所述第二列通壁位于所述第一输出分支和所述第二输出分支之间，输入端口连接到所述第一输入分支和第二输入分支中的一者上，绝缘端口连接到第一输入分支和第二输入分支中的另一者上，所述功率除法器划分输入到第一输出分支和第二输出分支之间的输入端口的信号的功率，所述第一输出端口和第二输出端口分别连接到所述第一输出分支和第二输出分支，其中第一和第二输出分支中的任意一者具有多个杆，每个杆包括气孔和插入气孔中的介电材料，并且所述第一分支和第二分支中的另一者不具有气孔。在另一个方面中，提供了一种SIW，该SIW包括衬底；和集成在所述衬底上的波导，其中所述波导包括两列通壁和多个杆，所述通壁被波导的宽度分离开并且被设置成彼此平行，每个所述杆包括气孔和通过使用内外螺纹旋和方法插入到气孔中以可变地移动信号相位的介电材料。根据下面详细的描述、附图和权利要求，其他特征和方面将是显而易见的。移相器能够通过在衬底集成波导(SIW)的衬底中形成气孔以及将其介电常数和衬底的介电常数不同的介电材料插入每个气孔中来容易地制造，并且移相器能够设计为通过调节气孔的尺寸、气孔之间的缝隙和气孔的数量来提供所需的相位移动量。另外，平衡-不平衡变压器能够通过在SIW的衬底中形成气孔并且将其介电常数和衬底的介电常数不同的介电材料插入每个气孔中来容易地制造，并且平衡-不平衡变压器能够设计为通过调节气孔的尺寸、气孔之间的缝隙和气孔的数量来在Siw中的不平衡信号与平衡信号之间进行转换。而且，定向偶合器能够通过在SIW的衬底中形成气孔并将其介电常数和衬底的介电常数不同的介电材料插入每个气孔中来容易地实施。而且，形成在SIW中的多个介电杆能够可变地改变信号的相位，其中每个介电杆包括气孔和通过使用内外螺纹旋和方法插入到气孔中的介电材料。
图I是示出了根据本发明的示例性实施方式的使用衬底集成波导(SIW)的移相器 的原理的不意图；图2是根据本发明的示例性实施方式的使用SIW的移相器的透视图；图3是图2中所示的移相器的平面图；图4是示出了图2和图3中所示的移相器的实际模型的示意图；图5是示出了根据本发明的示例性实施方式的插入相位测量的图表；图6是示出了被制造以识别图4的移相器的特征的模型移相器的插入损耗和反射损耗的图表；图7是示出了根据本发明的另一个示例性实施方式的具有插入到每个气孔中的闻k的材料的移相器的真实|旲型的图表；图8是示出了相位移动测量的图表；图9是示出了相位误差、插入损耗和反射损耗的图表；图10是示出了内外螺纹旋和方法的示意图，通过该螺纹旋和方法介电材料被插入气孔中；图11是示出了具有杆的移相器的示意图，其中每个杆包括气孔和通过内外螺纹旋和方法插入到气孔中的介电材料；图12是示出了图11中显示的SIW中的介电螺纹的插入率在每个频率的相位移动量的图表；图13是不出了平衡彳目号和不平衡彳目号的不意图；图14是用于解释平衡-不平衡变压器的概念的示意图；图15是示出了平衡-不平衡变压器的结构的示意图；图16是示出了根据本发明的另一个示例性实施方式的使用SIW的平衡-不平衡变压器的示意图；图17是图16中显示的平衡-不平衡变压器的设计的结构示意图；图18是不出了插入损耗和反射损耗的图表；图19是示出了插入相位的图表；图20是不出了插入损耗差异和相位差异的图表；图21是示出了根据本发明的另一个示例性实施方式的定向偶合器的示意图；图22是示出了定向偶合器的仿真结果的图表。贯穿附图和详细描述，除非另外描述，否则相同的附图参考标记将被理解为指示相同的元件、特征和结构。为了清楚、示出和方便，可以放大所述元件的相对大小和绘制。
具体实施例方式下面将参考附图，更完整地描述本发明，附图中显示了本发明的示例性实施方式。为了更加清楚和方便，省略了对已知功能和构造的描述。而且，在下面的描述中使用的术语是考虑到根据本发明获得的功能所定义的术语，以及可以根据用户或操作者的选择或一般的实践而被改变。所以，这些术语的定义应该基于该说明书的整个内容而确定。图I是示出了根据本发明的示例性实施方式使用衬底集成波导(SIW)的移相器的原理的示意图。SIW仅具有TEmtl模式。TEmtl模式
权利要求
1.一种使用衬底集成波导(SIW)的移相器,该移相器包括 衬底；以及 集成在所述衬底上的波导， 其中所述波导包括输入端口、输出端口、两列通壁、以及多个气孔或多个杆，所述通壁以所述波导的宽度被分离开并且被设置成彼此平行，所述气孔被形成以移动所述输入端口与所述输出端口之间的信号的相位，每个所述杆包括气孔和插入所述气孔中的介电材料。
2.根据权利要求I所述的移相器，其中当所述波导包括所述气孔时，在所述输入端口与所述输出端口之间移动的所述信号的所述相位的量根据所述气孔的直径、所述气孔之间的距离和所述气孔的数量中的至少一者而改变。
3.根据权利要求2所述的移相器，其中当所述波导包括所述杆时，所述输入端口与所述输出端口之间移动的所述信号的所述相位的量根据所述杆的直径、所述杆之间的距离和所述杆的数量中的至少一者而改变。
4.根据权利要求I所述的移相器，其中每个所述杆具有其中通过使用内外螺纹旋合方法将所述介电材料插入所述气孔中的结构。
5.根据权利要求I所述的移相器，其中移动的所述信号的所述相位的量的增加与所述介电材料插入每个所述杆中的所述气孔中的深度的增加成比例。
6.一种使用SIW的平衡-不平衡变压器，该平衡-不平衡变压器包括 衬底；以及 集成在所述衬底上的波导， 其中所述波导包括两列通壁、输入端口、功率除法器以及第一输出端口和第二输出端口，所述通壁以所述波导的宽度被分离开并被设置成彼此平行，所述功率除法器划分输入到所述功率除法器的所述输入端口、第一和第二分支的信号的功率，所述第一输出端口和第二输出端口分别连接到所述第一分支和所述第二分支，其中所述第一和第二分支中的任意一者具有多个杆，每个杆包括气孔和插入到所述气孔中的介电材料，以及所述第一分支和第二分支中的另一者具有多个气孔或不具有气孔。
7.根据权利要求6所述的平衡-不平衡变压器，其中穿过所述气孔的信号的相位的幅度根据所述气孔的直径、所述气孔之间的距离和所述气孔的数量中的至少一者而改变。
8.根据权利要求6所述的平衡-不平衡变压器，其中穿过所述杆的信号的相位的幅度根据所述杆的直径、所述杆之间的距离和所述杆的数量中的至少一者而改变。
9.根据权利要求8所述的平衡-不平衡变压器，其中每个所述杆具有其中通过使用内外螺纹旋合方法将所述介电材料插入所述气孔中的结构，并且穿过所述杆的所述信号的所述相位的所述幅度的增加与所述介电材料插入每个所述杆中的所述气孔中的深度的增加成比例。
10.一种使用SIW的定向偶合器,该定向偶合器包括 衬底；以及 集成在所述衬底上的波导， 其中所述波导包括第一输入分支、第二输入分支、第一输出分支、第二输出分支、位于所述第一输入分支与所述第二输入分支之间的第一列通壁、位于所述第一输出分支与所述第二输出分支之间的第二列通壁、连接到所述第一输入分支和第二输入分支中的一者上的输入端口、以及连接到所述第一输入分支和第二输入分支中的另一者上的绝缘端口、功率除法器、以及分别连接到所述第一输出分支和第二输出分支的第一输出端口和第二输出端口，所述功率除法器划分输入到所述第一输出分支与所述第二输出分支之间的所述输入端口的信号的功率，其中所述第一和第二输出分支中的任意一者具有多个杆，每个杆包括气孔和插入所述气孔中的介电材料，并且所述第一和第二输出分支中的另一者不具有气孔。
11.根据权利要求10所述的定向耦合器，其中穿过所述杆的信号的相位的所述幅度根据所述杆的直径、所述杆之间的距离和所述杆的数量中的至少一者而改变。
12.根据权利要求10所述的定向耦合器，其中每个所述杆具有其中通过使用内外螺纹旋合方法将所述介电材料插入所述气孔中的结构，并且穿过所述杆的所述信号的所述相位的所述幅度的增加与所述介电材料插入每个所述杆中的所述气孔中的深度的增加成比例。
13.一种SIW，该SIW包括 衬底；以及 集成在所述衬底上的波导， 其中所述波导包括两列通壁和多个杆，所述通壁以所述波导的宽度被分离开并且被设置成彼此平行，每个所述杆包括气孔和通过使用内外螺纹旋和方法插入到所述气孔中以可变地移动信号相位的介电材料。
全文摘要
提供了一种使用衬底集成波导(SIW)的移相器。该移相器包括衬底和集成在衬底上的波导，其中所述波导包括输入端口、输出端口、两列通壁和多个气孔或多个杆，所述通壁被波导的宽度分离并且被设置成彼此平行，所述气孔被形成以移动所述输入端口与所述输出端口之间的信号的相位，每个所述杆包括气孔和插入所述气孔中的介电材料。
文档编号H01P1/18GK102763269SQ201080053821
公开日2012年10月31日 申请日期2010年11月4日 优先权日2009年11月27日
发明者卞辰瑫, 姜基范, 李海英 申请人:亚洲大学校产学协力团