一种X波段SIW微带输出结构的3dB功率分配器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微波无源器件领域，涉及传输线技术。
【背景技术】
[0002]微波功率分配器作为现代微波通信系统、雷达系统以及电子对抗等系统中的重要无源器件，在整个系统中占据着相当重要的地位。它的功能是将输入端的功率按照要求分成相等或者不相等的几路功率进行传输，以达到功率分配之目的；反过来，如果把多个端口作为输入端，则会将多路功率传输至一路进行功率叠加，成为功率合成器。常见功率分配器有传统式金属波导型、纯微带线型功率分配器等。
[0003]金属波导型功率分配器体积较大，不易实现与各种平面电路的集成；纯微带线型结构由于电场部分向外辐射，损耗较大，品质因素低，功率容量低。
[0004]基片集成波导SIW(Substrate Integrated Waveguide)功率分配器是一种新型结构的微波传输线，它是一种兼顾传统金属波导和微带型优点的传输结构，它体积小，易于与平面电路集成，损耗小，品质因素高，功率容量高，有“波导的性能，微带的体积”之称。目前的SIW功分器的结构是在输出端口处往横向方向设计输出结构，该结构的尺寸会向横向延伸，导致横向尺寸变大，在某些空间条件下不易实现集成。
【发明内容】
[0005]针对上述存在问题或不足，本发明提供了一种X波段(8.2-12.4GHz频段)SIff微带输出结构的3dB功率分配器，包括输入端、输出端和SIW本体，其结构特征是:在SIW本体的输出端设有一个将介质层从层中间处等分的中间铜层，输出端采用上下两层对称的微带线输出，所述中间铜层起始位置在SIW输出口处，宽度为介质基板宽度，长度是匹配段长度与微带线长度之和；上下两个微带线结构、尺寸参数相同。
[0006]所述输入端采用共面波导或微带线馈入。
[0007]所述输出端匹配段采用锥形匹配、切比雪夫匹配或抛物线匹配。
[0008]该分配器的设计方案如下:
[0009]步骤一、根据X波段矩形波导与圆孔SIW的尺寸等效经验公式，得出X波段SIW传输线的各个参数:中心频率为10GHz，金属通孔直径d，相邻金属通孔孔间距S，两排金属孔之间宽度w，介质层厚度h，SIff本体铜层和中间铜层的厚度均为t ；
[0010]步骤二、选定d和s的尺寸，根据理论计算结果在HFSS中建模，优化W，得到传输线尺寸的值；
[0011]步骤三、根据微波技术理论，设计特性阻抗为50欧姆的微带线，确定微带线的尺寸:微带线宽度wl，微带线厚度hi = h/2-t/2 ；
[0012]步骤四、根据匹配原理，并结合上面所得的SIW和微带线尺寸，设计SIW与微带线的锥形匹配段，匹配段一端的宽度即是微带线宽度wl，另一端宽度为《2，匹配段长度为L ;
[0013]步骤五、在SIW模型基础上建立整个功率分配器模型，并优化参数，得到传输线尺寸。
[0014]本发明使用三维电磁仿真软件HFSS，对模型进行仿真以得到较为准确的结果。
[0015]本发明的有益效果是，通过上下两层微带线作为SIW等功率输出端口，实现了功率等额分配需求的同时，具有横向体积小、损耗较小的优点，并且在设计平面电路的各种微波器件时，有了一种新的结构选择方案。
【附图说明】
[0016]图1是X波段SIW功率分配器的输入端视角立体图；
[0017]图2是X波段SIW功率分配器的输出端视角立体图，上下都是微带线对称结构；
[0018]图3是X波段SIW功率分配器的俯视透视图，SIff结构透明；
[0019]图4是X波段SIW功率分配器的侧视图；
[0020]图5是X波段SIW传输线最终结果仿真S11参数；
[0021 ]图6是X波段SIW传输线最终结果仿真S21参数；
[0022]图7是X波段SIW功率分配器最终结果仿真S11参数，在1GHz时匹配良好；
[0023]图8是X波段SIW功率分配器3dB S21参数(包含各种损耗)；
[0024]图9是X波段SIW功率分配器3dB S31参数(包含各种损耗)。
【具体实施方式】
[0025]步骤一、根据X波段矩形波导与圆孔SIW的尺寸等效经验公式，得出X波段SIW功率分配器的各参数:选定d、s的值，金属通孔直径d = 1.2_，金属通孔孔间距s = 2.1mm,计算得w = 13.6mm，中心频率10GHz，铜层厚度t = 0.05mm。介质基板为Rogers_3003，参数为:相对介电常数为3，损耗正切为0.0013，基板厚度h = Imm ;
[0026]步骤二、根据尺寸参数在HFSS软件中建立模型，再对w小范围参数扫描，得w值为13.2mm ；
[0027]步骤三、由微波技术理论设计50欧姆微带线，微带线宽度wl = 1.17mm，厚度hi =0.475mm ；
[0028]步骤四、SIW到微带线通过一个锥形匹配段过渡，优化后得到参数w2 = 3mm，L =5.8mm ；
[0029]步骤五、在SIW输出口处介质层层中间嵌入一层厚度为t = 0.05mm的中间铜层，铜层起始位置在输出端口处，铜层宽度为介质基板宽度16_，长度为锥形匹配段长度与微带线长度之和，为1mm ；
[0030]步骤六、加入微带线输入端。
[0031]通过三维电磁仿真软件HFSS对功率分配器的仿真，得到了较为良好的结果，结果见附图。
【主权项】
1.一种X波段SIW微带输出结构的3dB功率分配器，包括输入端、输出端和SIW本体，其特征在于:在SIW本体的输出端设有一个将介质层从层中间处等分的中间铜层，输出端采用上下两层对称的微带线输出，所述中间铜层起始位置在SIW输出口处，宽度为介质基板宽度，长度是匹配段长度与微带线长度之和；上下两个微带线结构、尺寸参数相同。
2.如权利要求1所述X波段SIW微带输出结构的3dB功率分配器，其特征在于:所述输入端采用共面波导或微带线馈入。
3.如权利要求1所述X波段SIW微带输出结构的3dB功率分配器，其特征在于:所述输出端匹配段采用锥形匹配、切比雪夫匹配或抛物线匹配。
4.如权利要求1所述X波段SIW微带输出结构的3dB功率分配器，其设计方案如下: 步骤一、根据X波段矩形波导与圆孔SIW的尺寸等效经验公式，得出X波段SIW传输线的各个参数:中心频率为10GHz，金属通孔直径d，相邻金属通孔孔间距S，两排金属孔之间宽度W，介质层厚度h，SIff本体铜层和中间铜层的厚度均为t ； 步骤二、选定d和s的尺寸，根据理论计算结果在HFSS中建模，优化W，得到传输线尺寸的值； 步骤三、根据微波技术理论，设计特性阻抗为50欧姆的微带线，确定微带线的尺寸:微带线宽度wl，微带线厚度hi = h/2-t/2 ； 步骤四、根据匹配原理，并结合上面所得的SIW和微带线尺寸，设计SIW与微带线的锥形匹配段，匹配段一端的宽度即是微带线宽度wl，另一端宽度为《2，匹配段长度为L ;步骤五、在SIW模型基础上建立整个功率分配器模型，并优化参数，得到传输线尺寸。
【专利摘要】本发明属于微波无源器件领域，涉及传输线技术。尤其涉及一种X波段(8.2-12.4GHz频段)SIW微带输出结构的3dB功率分配器，包括输入端、输出端和SIW本体，其结构特征是：在SIW本体输出端设有一个将介质层从层中间处等分的中间铜层，输出端采用上下两层对称的微带线输出，中间铜层起始位置在SIW输出口处，宽度为介质基板宽度，长度是匹配段长度与微带线长度之和；上下两个微带线结构、尺寸参数相同。本发明实现了功率等额分配，具有横向体积小、损耗较小的优点，并且在设计平面电路的各种微波器件时，有了一种新的结构选择方案。
【IPC分类】H01P5-16
【公开号】CN104810590
【申请号】CN201510195518
【发明人】邓龙江, 陈虹宇, 汪晓光, 谢海岩
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月23日