共面波导馈电的半环形表面波传输线及功分器的制作方法

本发明涉及一种传输线及功分器，尤其是一种共面波导馈电的半环形表面波传输线及功分器，属于集成电路和表面波技术领域。

背景技术：

表面波传输可以实现单导体的高频电磁波传输，其拥有良好的可弯曲和易加工，可实现低损耗的电磁波传输。在未来通信技术中，表面波结构可以实现高度集成化和小型化，对通信行业和集成电路行业有非常大的应用价值。

据调查与了解，已经公开的现有技术如下：

1)中国专利号为201310222354.6的发明专利，公开了一种用于微带和表面等离子激元相互转换的装置，其包括介质基板，设置在所述介质基板一面的微带巴伦、与所述微带巴伦连接的两段渐变金属线、连接于一段渐变金属线一端的金属光栅和连接于另一段渐变金属线一端的金属尖劈，以及设置在介质基板另一面的金属地。

2)中国专利申请号为201510591849.5的发明专利申请，公开了一种超宽带人工表面等离子激元低通滤波器，其由介质基板及印制于介质基板上下表面的金属箔层组成，金属箔层上刻有波导结构，波导结构包括两端对称的微带线结构、微带线结构到表面等离子基元波导结构的过渡结构，以及中间的表面等离子激元波导结构，所述过渡结构由第一过渡结构和第二过渡结构连接组成。

3)中国专利申请号为201610513698.6的发明专利申请，公开了一种基于表面等离子激元的带通滤波器，其具有结构设计合理、带宽大、频率可控及插损低的特点，同时，通过适当调整结构的参数，改变金属表面的色散曲线，可以实现滤波器工作频率的变化，调整方式相当简单，电路加工容易，易于与其他微波电路集成。

上述现有技术都是使用微带线转表面结构，由于微带线不能是单层金属，必须要有底层金属地，所以在一个平面内不能集成表面波和微带电路。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种共面波导馈电的半环形表面波传输线，该传输线结构简单，可以在介质基板无底面金属地的情况下实现TEM波到表面波的转换，而且还可以低损耗的传输电磁波。

本发明的另一目的在于提供一种共面波导馈电的半环形表面波功分器，该功分器同样可以在介质基板无底面金属地的情况下实现TEM波到表面波的转换，易于实现功分的性能，而且还可以低损耗的传输电磁波。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

共面波导馈电的半环形表面波传输线，包括介质基板，还包括第一共面波导、第二共面波导、第一过渡结构、第二过渡结构和半环形表面波结构，所述第一共面波导、第二共面波导、第一过渡结构、第二过渡结构和半环形表面波结构设置在介质基板的同一层上；

所述第一共面波导和第二共面波导左右对称，所述第一过渡结构和第二过渡结构左右对称，第一共面波导通过第一过渡结构与半环形表面波结构的左端连接，第二共面波导通过第二过渡结构与半环形表面波结构的右端连接。

作为一种优选方案，所述第一过渡结构包括多个第一半环形过渡单元和位于第一半环形过渡单元两侧的第一金属单元；所述第一半环形过渡单元与半环形表面波结构的左端连接，第一半环形过渡单元从左到右依次连接，并逐渐变大，第一金属单元从左到右逐渐远离第一半环形过渡单元，并在第一半环形过渡单元与半环形表面波结构左端的连接处消失；

所述第二过渡结构包括多个第二半环形过渡单元和位于第二半环形过渡单元两侧的第二金属单元，所述第二半环形过渡单元与半环形表面波结构的右端连接，第二半环形过渡单元从右到左依次连接，并逐渐变大，第二金属单元从右到左逐渐远离第二半环形过渡单元，并在第二半环形过渡单元与半环形表面波结构左端的连接处消失。

作为一种优选方案，所述半环形表面波结构由多个半环形单元组成，多个半环形单元按照周期排列，并依次连接在一起；每个半环形单元的尺寸相一致，且每个半环形单元的高度、宽度和粗细程度以及相邻的两个半环形单元之间的距离，根据所需的频率应用范围进行调整。

本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

共面波导馈电的半环形表面波功分器，包括介质基板，还包括第一共面波导、第二共面波导、第三共面波导、第一过渡结构、第二过渡结构、第三过渡结构、第四过渡结构、第一半环形表面波结构、第二半环形表面波结构、第三半环形表面波结构和第四半环形表面波结构，所述第一共面波导、第二共面波导、第三共面波导、第一过渡结构、第二过渡结构、第三过渡结构、第四过渡结构、第一半环形表面波结构、第二半环形表面波结构、第三半环形表面波结构和第四半环形表面波结构设置在介质基板的同一层上；

第一过渡结构和第二过渡结构并排组成双路过渡结构，所述第一半环形表面波结构和第二半环形表面波并排组成双路半环形表面波结构，所述第一共面波导通过双路过渡结构与双路半环形表面波结构的前端连接，双路半环形表面波结构的末端跨接一个功分电阻后分别与第三半环形表面波结构的前端、第四半环形表面波结构的前端连接，所述第二共面波导通过第三过渡结构与第三半环形表面波结构的末端连接，所述第三共面波导通过第四过渡结构与第四半环形表面波结构的末端连接。

作为一种优选方案，所述第一过渡结构包括多个第一半环形过渡单元和位于第一半环形过渡单元上侧的第一金属单元，第一半环形过渡单元与第一半环形表面波结构的前端连接，第一半环形过渡单元从左到右依次连接，并逐渐变大，第一金属单元从左到右逐渐远离第一半环形过渡单元，并在第一半环形过渡单元与第一半环形表面波结构前端的连接处消失；

所述第二过渡结构包括多个第二半环形过渡单元和位于第二半环形过渡单元下侧的第二金属单元，第二半环形过渡单元与第二半环形表面波结构的前端连接，第二半环形过渡单元从左到右依次连接，并逐渐变大，第二金属单元从左到右逐渐远离第二半环形过渡单元，并在第二半环形过渡单元与第二半环形表面波结构前端的连接处消失；

所述第三过渡结构包括多个第三半环形过渡单元和位于第三半环形过渡单元左侧的第三金属单元，第三半环形过渡单元与第三半环形表面波结构的末端连接，第三半环形过渡单元从上到下依次连接，并逐渐变大，第三金属单元从上到下逐渐远离第三半环形过渡单元，并在第三半环形过渡单元与第三半环形表面波结构末端的连接处消失；

所述第四过渡结构包括多个第四半环形过渡单元和位于第四半环形过渡单元左侧的第四金属单元，第四半环形过渡单元与第四半环形表面波结构的末端连接，第四半环形过渡单元从下到上依次连接，并逐渐变大，第四金属单元从下到上逐渐远离第四半环形过渡单元，并在第四半环形过渡单元与第四半环形表面波结构前端的连接处消失。

作为一种优选方案，所述第一半环形表面波结构由多个第一半环形单元组成，多个第一半环形单元按照周期排列，并依次连接在一起；

所述第二半环形表面波结构由多个第二半环形单元组成，多个第二半环形单元按照周期排列，并依次连接在一起；

所述第三半环形表面波结构由多个第三半环形单元组成，多个第三半环形单元按照周期排列，并依次连接在一起；

所述第四半环形表面波结构由多个第四半环形单元组成，多个第四半环形单元按照周期排列，并依次连接在一起；

所述第一半环形单元、第二半环形单元、第三半环形单元和第四半环形单元的尺寸相一致，且每个半环形单元的高度、宽度和粗细程度以及相邻的两个半环形单元之间的距离，根据所需的频率应用范围进行调整。

作为一种优选方案，所述第一共面波导所在的轴线与第二共面波导所在的轴线、第三共面波导所在的轴线相垂直。

作为一种优选方案，所述第二共面波导、第三过渡结构和第三半环形表面波结构分别与第三共面波导、第四过渡结构和第四半环形表面波结构上下对称。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明的传输线在介质基板的同一层左右两边分别设置共面波导和过渡结构，以及在中间设置半环形表面波结构，实现了无金属地的平面电路结构，电磁波在过渡结构从共面波导的TEM波变成了表面波，表面波再从过渡结构进入半环形表面波结构，左边的共面波导、左边的过渡结构、半环形表面波结构、右边的共面波导和右边的过渡结构依次连接构成了表面波传输线，实现了共面波导与半环形表面波结构之间的转换。

2、本发明的功分器在介质基板的同一层设置了三个共面波导、四个过渡结构和四个半环形表面波结构，实现了无金属地的平面电路结构，其中两个过渡结构并排组成双路过渡结构，两个半环形表面波结构并排组成双路半环形表面波结构，双路半环形表面波结构的末端跨接一个功分电阻后分别与另外两个半环形表面波结构连接，实现功分功能，功分成两路后，每路经一个过渡结构，再经一个共面波导从端口输出，实现了共面波导与半环形表面波结构之间的转换。

3、本发明的传输线及功分器中，过渡结构包括多个半环形过渡单元和位于半环形过渡单元两侧的金属单元，半环形过渡单元依次连接，并逐渐变大，金属单元逐渐远离半环形过渡单元，最后完全消失，半环形过渡单元可以根据实际使用场合变化，越多的过渡单元，转换的越平滑。

4、本发明的传输线及功分器中，半环形表面波结构由多个相同大小的半环形单元组成，半环形单元的数量可以根据实际需要设置，其可以弯曲设置，使得走线更灵活，可以根据所需的频率应用范围，对每个半环形单元的高度、宽度和粗细程度以及相邻的两个半环形单元之间的距离进行调整。

附图说明

图1为本发明实施例1的共面波导馈电的半环形表面波传输线结构示意图。

图2为本发明实施例2的共面波导馈电的半环形表面波功分器结构示意图。

图1中，1-介质基板，2-第一共面波导，3-第二共面波导，4-第一过渡结构，5-第二过渡结构，6-半环形表面波结构，7-第一半环形过渡单元，8-第一金属单元，9-第一传输部分，10-第二半环形过渡单元，11-第二金属单元，12-第二传输部分，13-半环形单元。

图2中，1-介质基板，2-第一共面波导，3-第二共面波导，4-第三共面波导，5-第一半环形过渡单元，6-第一金属单元，7-第二半环形过渡单元，8-第二金属单元，9-第一半环形单元，10-第二半环形单元，11-功分电阻，12-第三半环形过渡单元，13-第三金属单元，14-第四半环形过渡单元，15-第四金属单元，16-第三半环形单元，17-第四半环形单元。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，本实施例的表面波传输线包括介质基板1、第一共面波导2、第二共面波导3、第一过渡结构4、第二过渡结构5和半环形表面波结构6，所述第一共面波导2、第二共面波导3、第一过渡结构4、第二过渡结构5和半环形表面波结构6设置在介质基板1的同一层上，在本实施例中设置在顶层，介质基板1的底层无覆铜地；所述第一共面波导2和第二共面波导3左右对称，所述第一过渡结构4和第二过渡结构5左右对称。

所述第一过渡结构4包括多个第一半环形过渡单元7和位于多个第一半环形过渡单元7两侧的第一金属单元8；所述第一半环形过渡单元7与半环形表面波结构6的左端连接，第一半环形过渡单元7从左到右依次连接，并逐渐变大，第一金属单元8也是从左到右逐渐变大，即逐渐远离第一半环形过渡单元7，并在第一半环形过渡单元7与半环形表面波结构6左端的连接处消失，第一半环形过渡单元7可以根据实际使用场合变化，越多的第一半环形过渡单元7，转换的越平滑；电磁波在第一过渡结构4里从第一共面波导2的第一传输部分9的TEM(Transverse Electric and Magnetic Field，指电磁波的电场和磁场都在垂直于传播方向的平面上)波变成了表面波，表面波从第一过渡结构4进入半环形表面波结构6，再通过第二过渡结构5传输给第二共面波导3；

所述第二过渡结构5包括多个第二半环形过渡单元10和位于多个第二半环形过渡单元10两侧的第二金属单元11，所述第二半环形过渡单元10与半环形表面波结构6的右端连接，第二半环形过渡单元10从右到左依次连接，并逐渐变大，第二金属单元11也是从左到右逐渐变大，即逐渐远离第二半环形过渡单元10，并在第二半环形过渡单元10与半环形表面波结构6左端的连接处消失，同样地，第二半环形过渡单元10可以根据实际使用场合变化，越多的第二半环形过渡单元10，转换的越平滑；同理，电磁波在第二过渡结构5里从第二共面波导3的第二传输部分12的TEM波变成了表面波，表面波从第二过渡结构5进入半环形表面波结构6，再通过第一过渡结构4传输给第一共面波导2。

所述半环形表面波结构6由多个半环形单元13组成，多个半环形单元13按照周期排列，并依次连接在一起，半环形单元13的数量根据实际需要设置，每个半环形单元13的尺寸相一致，且每个半环形单元的高度、宽度和粗细程度以及相邻的两个半环形单元之间的距离，根据所需的频率应用范围进行调整；第一共面波导2、第一过渡结构4、半环形表面波结构6、第二共面波导3和第二过渡结构5依次连接构成了表面波传输线。

实施例2：

如图2所示，本实施例的表面波功分器包括介质基板1、第一共面波导2、第二共面波导3、第三共面波导4、第一过渡结构、第二过渡结构、第三过渡结构、第四过渡结构、第一半环形表面波结构、第二半环形表面波结构、第三半环形表面波结构和第四半环形表面波结构，所述第一共面波导2、第二共面波导3、第三共面波导4、第一过渡结构、第二过渡结构、第三过渡结构、第四过渡结构、第一半环形表面波结构、第二半环形表面波结构、第三半环形表面波结构和第四半环形表面波结构设置在介质基板1的同一层上，介质基板1的底层无覆铜地；所述第一共面波导2所在的轴线与第二共面波导3所在的轴线、第三共面波导4所在的轴线相垂直，所述第二共面波导3、第三过渡结构和第三半环形表面波结构分别与第三共面波导4、第四过渡结构和第四半环形表面波结构上下对称。

所述第一过渡结构包括多个第一半环形过渡单元5和位于第一半环形过渡单元5上侧的第一金属单元6，第一半环形过渡单元5与第一半环形表面波结构的前端连接，第一半环形过渡单元5从左到右依次连接，并逐渐变大，第一金属单元6从左到右逐渐远离第一半环形过渡单元5，并在第一半环形过渡单元5与第一半环形表面波结构前端的连接处消失；

所述第二过渡结构包括多个第二半环形过渡单元7和位于第二半环形过渡单元7下侧的第二金属单元8，第二半环形过渡单元7与第二半环形表面波结构的前端连接，第二半环形过渡单元7从左到右依次连接，并逐渐变大，第二金属单元8从左到右逐渐远离第二半环形过渡单元7，并在第二半环形过渡单元7与第二半环形表面波结构前端的连接处消失；

第一过渡结构和第二过渡结构并排组成双路过渡结构，双路过渡结构的半环形过渡单元同步变大，与双路过渡结构的金属单元之间的间隔逐渐变宽，最后完全消失，第一半环形表面波结构和第二半环形表面波并排组成双路半环形表面波结构，所述第一半环形表面波结构由多个第一半环形单元9组成，多个第一半环形单元9按照周期排列，并依次连接在一起；所述第二半环形表面波结构由多个第二半环形单元10组成，多个第二半环形单元10按照周期排列，并依次连接在一起，第一半环形单元9和第二半环形单元10可多可少，双路半环形表面波结构的末端跨接一个功分电阻11后分别与第三半环形表面波结构的前端、第四半环形表面波结构的前端连接，实现功分功能。

所述第三过渡结构包括多个第三半环形过渡单元12和位于第三半环形过渡单元12左侧的第三金属单元13，第三半环形过渡单元12与第三半环形表面波结构的末端连接，第三半环形过渡单元12从上到下依次连接，并逐渐变大，第三金属单元13从上到下逐渐远离第三半环形过渡单元12，并在第三半环形过渡单元12与第三半环形表面波结构末端的连接处消失；

所述第四过渡结构包括多个第四半环形过渡单元14和位于第四半环形过渡单元14左侧的第四金属单元15，第四半环形过渡单元14与第四半环形表面波结构的末端连接，第四半环形过渡单元14从下到上依次连接，并逐渐变大，第四金属单元15从下到上逐渐远离第四半环形过渡单元14，并在第四半环形过渡单元14与第四半环形表面波结构前端的连接处消失；

所述第三半环形表面波结构由多个第三半环形单元16组成，多个第三半环形单元按照周期排列，并依次连接在一起；所述第四半环形表面波结构由多个第四半环形单元17组成，多个第四半环形单元按照周期排列，并依次连接在一起；所述第二共面波导3通过第三过渡结构与第三半环形表面波结构的末端连接，所述第三共面波导4通过第四过渡结构与第四半环形表面波结构的末端连接，从端口Port1输入的电磁波经第一共面波导2，再经双路过渡结构，在双路半环形表面波结构实现功分功能，功分成两路后，一路经第三过渡结构，再经第二共面波导3从端口Port2输出，另一路经第四过渡结构，再经第三共面波导4从端口Port3输出。

上述第一半环形单元9、第二半环形单元10、第三半环形单元14和第四半环形单元16根据实际需要设置，它们的尺寸相一致，且每个半环形单元的高度、宽度和粗细程度以及相邻的两个半环形单元之间的距离，根据所需的频率应用范围进行调整。

综上所述，本发明的传输线在介质基板的同一层左右两边分别设置共面波导和过渡结构，以及在中间设置半环形表面波结构，实现了无金属地的平面电路结构，电磁波在过渡结构从共面波导的TEM波变成了表面波，表面波再从过渡结构进入半环形表面波结构，左边的共面波导、左边的过渡结构、半环形表面波结构、右边的共面波导和右边的过渡结构依次连接构成了表面波传输线，实现了共面波导与半环形表面波结构之间的转换；本发明的功分器在介质基板的同一层设置了三个共面波导、四个过渡结构和四个半环形表面波结构，实现了无金属地的平面电路结构，其中两个过渡结构并排组成双路过渡结构，两个半环形表面波结构并排组成双路半环形表面波结构，双路半环形表面波结构的末端跨接一个功分电阻后分别与另外两个半环形表面波结构连接，实现功分功能，功分成两路后，每路经一个过渡结构，再经一个共面波导从端口输出，实现了共面波导与半环形表面波结构之间的转换。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利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专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。