一种Y型微波分波结构及微波分波器的制作方法

本实用新型属于微波传输技术领域，具体涉及一种y型微波分波结构及微波分波器。

背景技术：

当今无线通讯领域信息容量迅猛增长，对微波器件的小型化和集成化提出了更高的要求，其中尤其是微波分波器件。

随着微波分波器件集成度的不断提高，微波分波器件的传输线与传输线间的间距不断缩小，从而出现一系列问题，包括微波分波器件受到电磁干扰产生噪声以及rc延迟等问题，这些问题都会导致微波分波器件工作不稳定，因此现有的微波分波器件已不能适应当今大规模微波集成电路的发展。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述技术问题提供一种y型微波分波结构及微波分波器，其结构简单、传输损耗低、反射特性小以及分波效果好，同时抗电磁干扰能力强，适应于微波集成电路的发展。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种y型微波分波结构，包括：

介质板；

激元金属微带，所述激元金属微带固定连接在所述介质板的一侧面上；

第一分波金属微带，所述第一分波金属微带的一端与所述激元金属微带一端的一侧固定连接，所述第一分波金属微带固定连接在所述介质板的一侧面上，所述第一分波金属微带上向外延伸有多个第一金属凸块，多个所述第一金属凸块成阵列排布，两两相邻所述第一金属凸块之间形成第一凹槽，所述第一分波金属微带通过所述第一凹槽截止一部分微波传输；

第二分波金属微带，所述第二分波金属微带的另一端与所述激元金属微带一端的另一侧固定连接，所述第二分波金属微带上向外延伸有多个第二金属凸块，多个所述第二金属凸块成阵列排布，两两相邻所述第二金属凸块之间形成第二凹槽，所述第二分波金属微带通过所述第二凹槽截止另一部分微波传输。

本实用新型的有益效果是：通过周期性设置的第一凹槽和第二凹槽具有微波截止模式，利用第一金属微带和第二金属微带构成y形的分波结构，第一凹槽和第二凹槽的槽深不同，从而其传输的截止频率不同，这样第一金属微带和第二金属微带各自只能通过特定频段的微波信号，从而实现了分波器功能；该结构能让电磁场在平面界面传输时被束缚在第一凹槽和第二凹槽的周围，从而大大降低了多条传输线传输时因间距太小而出现的电磁干扰，使得本实用新型抗干扰能力大大增强，同时也增强了本实用新型用于高密度微波集成电路中工作时的稳定性；不仅如此，因抗电磁干扰能力大大增强，本结构还能减小微波集成电路的金属微带间的间距以实现器件的小型化，因而能更好地适应当今大规模微波集成电路的发展；本结构还能通过调节第一凹槽和第二凹槽的几何尺寸来调控微波传输线的截止频率和阻带频段，同时调整电磁波的束缚效果。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述第一分波金属微带包括第一分波段、第一传输段和第一过渡段，所述第一金属凸块包括第一分波凸块、第一传输凸块和第一过渡凸块，所述第一凹槽包括第一分波凹槽、第一传输凹槽和第一过渡凹槽，所述第一分波段为弧形，所述第一分波段的一侧向外延伸有所述第一分波凸块，两两相邻所述第一分波凸块之间形成所述第一分波凹槽，所述第一传输段的一侧向外延伸有所述第一传输凸块，两两相邻所述第一传输凸块之间形成所述第一传输凹槽，所述第一过渡段的一侧向外延伸有所述第一过渡凸块，两两相邻所述第一过渡凸块之间形成所述第一过渡凹槽，所述第一过渡凸块的长度沿所述第一过渡段靠近所述第一传输段的一端向另一端逐渐减小。

采用上述进一步方案的有益效果是：利于分别实现分波和抗电磁干扰的效果，同时利于根据分的不同波频率调整抗电磁干扰的作用。

进一步，所述第二分波金属微带包括第二分波段、第二传输段和第二过渡段，所述第二金属凸块包括第二分波凸块、第二传输凸块和第二过渡凸块，所述第二凹槽包括第二分波凹槽、第二传输凹槽和第二过渡凹槽，所述第二分波段为弧形，所述第二分波段的一侧向外延伸有所述第二分波凸块，两两相邻所述第二分波凸块之间形成所述第二分波凹槽，所述第二传输段的一侧向外延伸有所述第二传输凸块，两两相邻所述第二传输凸块之间形成所述第二传输凹槽，所述第二过渡段的一侧向外延伸有所述第二过渡凸块，两两相邻所述第二过渡凸块之间形成所述第二过渡凹槽，所述第二过渡凸块的长度沿所述第二过渡段靠近所述第二传输段的一端向另一端逐渐减小。

采用上述进一步方案的有益效果是：利于分别实现分波和抗电磁干扰的效果，同时利于根据分的不同波频率调整抗电磁干扰的作用。

进一步，所述第一过渡凸块远离所述第一过渡段的端部为弧形，所述第二过渡凸块远离所述第二过渡段的端部为弧形。

采用上述进一步方案的有益效果是：利于微波传输的平稳性。

进一步，还包括圆环谐振器，所述圆环谐振器的外环壁与所述第二分波凸块的端部固定连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置的圆环谐振器，圆环谐振器沿着第二分波段呈周期性排列，在第二分波段中就引入了阻带，特定频段的微波信号无法通过，只能通过第一分波段输出，实现更好分波效果。

进一步，所述第一金属凸块为方形，所述第一金属凸块的宽度为1mm-6mm，所述第一凹槽为方形，所述第一凹槽的宽度为0.5mm-3mm，所述第一凹槽的深度为1.5mm-8mm；所述第二金属凸块为方形，所述第二金属凸块的宽度为1mm-6mm，所述第二凹槽为方形，所述第二凹槽的宽度为0.5mm-3mm，所述第二凹槽的深度为0.5mm-5mm。

采用上述进一步方案的有益效果是：矩形状的凹槽的抗电磁干扰效果更好，同时此尺寸下矩形状的凹槽的抗电磁干扰效果更好。

进一步，所述激元金属微带上向外延伸有多个第三金属凸块，多个所述第三金属凸块成阵列排布，两两所述第三金属凸块之间形成第三凹槽，所述激元金属微带通过所述第三凹槽形成人工等离激元结构。

采用上述进一步方案的有益效果是：提高整个结构的抗电磁干扰效果。

进一步，所述第三金属凸块包括第一激元凸块和第二激元凸块，所述第一激元凸块和所述第二激元凸块分别位于所述激元金属微带的两侧，两两相邻所述第一激元凸块之间形成第一激元凹槽，两两相邻所述第二激元凸块之间形成第二激元凹槽，所述第一激元凹槽的槽深为1.5mm-8mm，所述第二激元凹槽的槽深为0.5mm-5mm。

采用上述进一步方案的有益效果是：能够与第一凹槽和第二凹槽相对于，抗电磁干扰效果更好。

进一步，还包括波导金属微带，所述波导金属微带固定连接在所述介质板的一侧面上，所述激元金属微带的另一端与所述波导金属微带的一端固定连接，所述波导金属微带的另一端与所述介质板的边缘齐平。

采用上述进一步方案的有益效果是：便于与其他微波器件连接。

本实用新型还提供一种微波分波器，包括上述的y型微波分波结构。

本微波分波器的有益效果是：本微波分波器能够实现功分器的特性，又可以实现分波器分离不同频段微波信号的特性，能用一个器件实现多种功能，能有效减少通讯系统中器件个数，缩小系统的体积。

附图说明

图1为本实用新型y型微波分波结构的俯视图；

图2为本实用新型y型微波分波结构的正视图；

图3为本实用新型激元金属微带的俯视图；

图4为本实用新型第一金属微带的俯视图；

图5为本实用新型第二金属微带的俯视图；

图6为本实用新型分波器凹槽结构的电磁散射特性图；

图7为本实用新型分波器分波之后信号的传输特性图；

图8为本实用新型样品在2ghz时垂直面上的电场分布图；

图9为本实用新型样品在2ghz时直线上的电场分布图；

图10为本实用新型样品在6ghz时垂直面上的电场分布图；

图11为本实用新型样品在6ghz时直线上的电场分布图；

图12为本实用新型样品在9ghz时垂直面上的电场分布图；

图13为本实用新型样品在9ghz时直线上的电场分布图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、介质板；2、波导金属微带；3、激元金属微带；4、第一激元凸块；5、第一激元凹槽；6、第二激元凸块；7、第二激元凹槽；8、第一分波金属微带；9、第一分波段；10、第一传输段；11、第一过渡段；12、第一分波凸块；13、第一传输凸块；14、第一过渡凸块；15、第一分波凹槽；16、第一传输凹槽；17、第一过渡凹槽；18、第二分波金属微带；19、第二分波段；20、第二传输段；21、第二过渡段；22、第二分波凸块；23、圆环谐振器；24、第二分波凹槽；25、第二传输凸块；26、第二传输凹槽；27、第二过渡凸块；28、第二过渡凹槽；29、金属板。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例

如图1-图5所示，本实施例提供一种y型微波分波结构，包括：介质板1，激元金属微带3，第一分波金属微带8和第二分波金属微带18。

介质板1为水平设置，介质板1的厚度为0.3-1.2mm，介电常数er＝3.0，激元金属微带3固定连接在介质板1的上表面上。第一分波金属微带8的一端与激元金属微带3一端的端面的一侧固定连接，第一分波金属微带8固定连接在介质板1的上表面上，其中第一分波金属微带8的截面积小于激元金属微带3的截面积，第一分波金属微带8的一侧面向外延伸有多个第一金属凸块，多个第一金属凸块成阵列排布，两两相邻第一金属凸块之间形成第一凹槽，其中第一凹槽的槽底即为第一分波金属微带8的侧边，第一分波金属微带8通过第一凹槽截止一部分微波传输。第二分波金属微带18的一端与激元金属微带3一端端面的另一侧固定连接。使得第一分波金属微带8和第二分波金属微带18共同连接在激元金属微带3的端面上，使得激元金属微带3上的微波一分为二，第二分波金属微带18的一侧向外延伸有多个第二金属凸块，多个第二金属凸块成阵列排布，两两相邻第二金属凸块之间形成第二凹槽，其中第二凹槽的槽底即为第二分波金属微带18的侧边，第二分波金属微带18通过第二凹槽截止另一部分微波传输。通过激元金属微带3和第一分波金属微带8以及第二分波金属微带18构成“y”字母形状，其中微波在激元金属微带3传输到与第一分波金属微带8和第二分波金属微带18连接的端部时，由于第一凹槽截止一部分频率的微波，第二凹槽截止另一部频率的微波，使得微波分成两部分分别经第一分波金属微带8和第二分波金属微带18传输。

具体地，本实施例中第一分波金属微带8包括第一分波段9、第一传输段10和第一过渡段11，其中第一分波段9的长度为10-60mm，第一传输段10的长度为10-30mm，第一过渡段11的长度为10-30mm，第一金属凸块包括第一分波凸块12、第一传输凸块13和第一过渡凸块14，第一凹槽包括第一分波凹槽15、第一传输凹槽16和第一过渡凹槽17，第一分波段9为弧形，其中第一分波段9的弧形半径范围为50mm-70mm，第一分波段9的一侧向外延伸有第一分波凸块12，两两相邻第一分波凸块12之间形成第一分波凹槽15，第一传输段10的一侧向外延伸有第一传输凸块13，两两相邻第一传输凸块13之间形成第一传输凹槽16，第一过渡段11的一侧向外延伸有第一过渡凸块14，两两相邻第一过渡凸块14之间形成第一过渡凹槽17，第一过渡凸块14的长度沿第一过渡段11靠近第一传输段10的一端向另一端逐渐减小，第一过渡段11远离第一传输段10的一端与介质板1的边缘齐平。

具体地，本实施例中第二分波金属微带18包括第二分波段19、第二传输段20和第二过渡段21，其中第二分波段19的长度为10-60mm，第二传输段20的长度为10-30mm，第二过渡段21的长度为10-30mm，第二金属凸块包括第二分波凸块22、第二传输凸块25和第二过渡凸块27，第二凹槽包括第二分波凹槽24、第二传输凹槽26和第二过渡凹槽28，第二分波段19为弧形，其中第二分波段19的弧形半径范围为50mm-70mm，第二分波段19的一侧向外延伸有第二分波凸块22，两两相邻第二分波凸块22之间形成第二分波凹槽24，第二传输段20的一侧向外延伸有第二传输凸块25，两两相邻第二传输凸块25之间形成第二传输凹槽26，第二过渡段21的一侧向外延伸有第二过渡凸块27，两两相邻第二过渡凸块27之间形成第二过渡凹槽28，第二过渡凸块27的长度沿第二过渡段21靠近第二传输段20的一端向另一端逐渐减小，第二过渡段21远离第二传输段20的一端与介质板1的边缘齐平。

优选地，本实施例中第一过渡凸块14远离第一过渡段11的端部为弧形，第二过渡凸块27远离第二过渡段21的端部为弧形。通过弧形设计，电磁场传播的过渡最平稳。其中第一过渡段11的端部为弧形的弧线和第二过渡段21的端部的弧形的弧线均由圆弧方程(x-(a/2))²+(y-(3*b))²＝1来确定，其中a为90mm-150mm，b为20mm-60mm。

优选地，本实施例中还包括圆环谐振器23，圆环谐振器23的外环壁与第二分波凸块22的端部固定连接。优选的，其中圆环谐振器23设有多个，圆环谐振器23之间均间隔一个第二分波凸块22，然后在与对应位置的第二分波凸块22的端部连接，使得连接有圆环谐振器23的第二分波凸块22与未连接有圆环谐振器23的第二分波凸块22交替设置。其中圆环谐振器23的外环的取值范围为2-3mm，圆环谐振器23的内环的取值范围为1.5-2.5mm。其中圆环谐振器23同样成周期性排列，通过圆环谐振器23形成阻挡作用，特定频段的微波信号无法通过，只能通过第一分波段9传输。

优选地，本实施例中第一分波凸块12、第一传输凸块13和第一过渡凸块14为方形，其宽度为1mm-6mm，第一分波凹槽15、第一传输凹槽16和第一过渡凹槽17为方形，其宽度为0.5mm-3mm，其深度为1.5mm-8mm；第二分波凸块22、第二传输凸块25和第二过渡凸块27为方形，其宽度为1mm-6mm，第二分波凹槽24、第二传输凹槽26和第二过渡凹槽28为方形，其宽度为0.5mm-3mm，其深度为0.5mm-5mm。其中方形的第一分波凹槽15、第一传输凹槽16和第一过渡凹槽17与方形的第二分波凹槽24、第二传输凹槽26和第二过渡凹槽28对电磁场的束缚效果最佳。

优选地，本实施例中激元金属微带3上向外延伸有多个第三金属凸块，多个第三金属凸块成阵列排布，两两第三金属凸块之间形成第三凹槽，激元金属微带3通过第三凹槽形成人工等离激元结构。

具体地，本实施例中第三金属凸块包括第一激元凸块4和第二激元凸块6，第一激元凸块4和第二激元凸块6分别位于激元金属微带3的两侧，两两相邻第一激元凸块4之间形成第一激元凹槽5，两两相邻第二激元凸块6之间形成第二激元凹槽7，其中第一激元凸块4和第二激元凸块6为方形，第一激元凹槽5和第二激元凹槽7为方形，第一激元凹槽5的槽深为1.5mm-8mm，第二激元凹槽7的槽深为0.5mm-5mm。其中第一激元凸块4与第一分波凸块12、第一传输凸块13和第一过渡凸块14相对应，并且其四者尺寸相同，同时第一激元凹槽5与第一分波凹槽15、第一传输凹槽16和第一过渡凹槽17相对应，并且其四者尺寸相同。其中第二激元凸块6与第二分波凸块22、第二传输凸块25和第二过渡凸块27相对应，并且其四者尺寸相同，同时第二激元凹槽7与第二分波凹槽24、第二传输凹槽26和第二过渡凹槽28相对应，并且其四者尺寸相同。

优选地，本实施例中还包括波导金属微带2，波导金属微带2固定连接在介质板1的一侧面上，激元金属微带3的一端与波导金属微带2的一端固定连接，波导金属微带2的另一端与介质板1的边缘齐平，通过波导金属微带2的另一端与其他微波器件连接。

优选地，本实施例中还包括金属板29，金属板29固定连接在介质板1的下表面。通过金属板29能够增加介质板1的强度，同时利于进行安装。

本实施例还提供一种微波分波器，包括如上述的y型微波分波结构。

本实用新型的工作原理是：准tem模式的电磁场由左边的波导金属微带2传输到激元金属微带3，在激元金属微带3上第一激元凹槽5和第二激元凹槽7的作用下形成sspps模式的电磁场，当信号到达第一分波段9和第二分波段19时，电磁场沿第一分波段9和第二分波段19成y形分开传输，由于第一分波段9上的第一分波凹槽15的槽深度与第二分波段19上的第二分波凹槽24的槽深度不同，从而截止频率不同，频率较高的信号可以从槽深度比较浅的分波段中传输通过。当电磁场在波导金属微带2传播时，该段内电磁场的模式为准tem模式，该模式电磁场被束缚在波导金属微带2与金属板29间的介质板1内；在激元金属微带3、第一分波段9、第二分波段19、第一传输段10、第二传输段20、第一过渡段11和第二过渡段21中传播时，电磁模式为sspps模式，电磁场被束缚在第一激元凹槽5、第二激元凹槽7、第一分波凹槽15、第一传输凹槽16、第一过渡凹槽17、第二分波凹槽24、第二传输凹槽26以及第二过渡凹槽28内，以及其与金属板29间的介质板1内，使得电磁场再此范围内传播。该结构能让电磁场在平面界面传输时被束缚在第一凹槽和第二凹槽的周围，从而大大降低了多条传输线传输时因间距太小而出现的电磁干扰，使得本实用新型抗干扰能力大大增强，同时也增强了本实用新型用于高密度微波集成电路中工作时的稳定性。

另外由于周期性设置的第一分波凹槽15和第二分波凹槽24具有微波截止模式，利用第一分波段9和第二分波段19构成y形的圆弧分波结构，再在第二分波段19上设置圆环谐振器23，圆环谐振器23沿着第二分波段19呈周期性排列，于是第二分波段19中就引入了阻带，特定频段的微波信号无法通过，只能通过第一分波段9输出，而第一分波段9和第二分波段19上的第一分波凹槽15和第二分波凹槽24的槽深又不同，从而其传输的截止频率不同，这样第一分波段9和第二分波段19各自只能通过特定频段的微波信号，从而实现了分波器功能。不仅如此，因抗电磁干扰能力大大增强，本结构还能减小微波集成电路的金属微带间的间距以实现器件的小型化，因而能更好地适应当今大规模微波集成电路的发展。本结构还能通过调节第一分波凹槽15和第二分波凹槽24的几何尺寸来调控微波传输线的截止频率和阻带频段，通过调整第一激元凹槽5、第二激元凹槽7、第一分波凹槽15、第二分波凹槽24、第一传输凹槽16、第二传输凹槽26、第一过渡凹槽17以及第二过渡凹槽28来调整电磁波的束缚效果。

以下为采用上述实施例进行具体测量的情况。

根据上述实施例制备一个y型微波分波器，它各部分几何参数如表1所示。

表1

上述样品实际使用时，当微波信号频率在0～4.36ghz时，该样品内第一分波段9上的第一分波凹槽15和第二分波段19上的第二分波凹槽24均支持该频段的微波信号，因此，微波信号可以在第一分波段9和第二分波段19均匀平分通过,实现微波分波。当微波信号的频率范围为4.36～8.03ghz时，微波信号在该样品中的第一分波段9上通过，第二分波段19上的传输被周期性排布的圆环谐振器23形成的阻带阻挡无法通过。当微波信号的频率范围为8.45～9.39ghz时，微波信号只能从该样品中的第二分波段19通过，这是因为此时第二分波段19上的第二分波凹槽24的槽深度较小，微波信号的截止频率高，而第一分波段9上的第一分波凹槽15的槽深度较大，其截止频率低。

该样品的介质板1采用介电常数为3.0的基片，对该分波器样品散射参数采用有限积分的计算结果如图7所示。图中s21为分波器第一金属微带的传输系数，s31为分波器第二金属微带的传输系数，列举了该样品在0-12ghz工作频段的传输特性，其中第一频带为信号功分器段，其-6db通带范围为0～4.36ghz，该带内微波信号在第一金属微带和第二金属微带上均匀平分通过,实现微波功分器，第二段为分波器段，其频带范围为4.36-8.03ghz，其在该样品上沿第一金属微带通过，第二金属微带上的传输被周期性排布的圆环谐振器23形成的阻带阻挡，第三段的频带范围为8.45-9.39ghz，其在该样品上沿第二金属微带通过，第一金属微带上传输系数均<-10db，实现了分波效果。这是由于第二金属微带上的第二凹槽的槽深比较浅，微波信号的截止频率高，而第一金属微带上的第一凹槽的槽深比较深，其截止频率低，由图6，不同深度的凹槽的色散曲线可知，分波器的信号分离频段可以由其凹槽的深度方便的调节。因此，本分波器即可以实现功分器的特性，又可以实现分波器分离不同频段微波信号的特性，能用一个器件实现多种功能，能有效减少通讯系统中器件个数，缩小系统的体积。

另外本发明人对分波器样品工作于2ghz时的表面电场分布做计算，结果如图8和图9所示，由图8-9得知，样品在2ghz工作时，微波信号可均匀的由第一金属微带和第二金属微带同时通过并顺利传输到输出段，且电场能量被局域于功分器凹槽的周围，向四周扩散很小，这使得功分器抗电磁干扰的能力大大加强。对分波器样品工作于6ghz阻带时的表面电场分布做计算，结果如图10和图11所示，由图10-11得知，在6ghz工作时，微波信号只能从第一金属微带通过，该分波器此时在第二金属微带受圆环谐振器23的阻碍，输出信号迅速衰减，无法传播输出。对分波器样品工作于9ghz时的表面电场分布做计算，结果如图12和图13所示，而由图12-13得知，在9ghz工作时，微波信号只能从第二金属微带通过，该分波器此时在第一金属微带受第一凹槽的深度截止频率低的阻碍，输出信号无法传播输出。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。