專(zhuān)利名稱(chēng)：層疊型基片集成波導(dǎo)功分合成器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種應(yīng)用于微波毫米波功率合成放大器的層疊型基片集成波導(dǎo)功 分/合成器實(shí)現(xiàn)方法，屬于微波毫米波技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微波毫米波功分/合成器在微波毫米波功率合成放大器中得到了廣泛的應(yīng) 用。功分/合成器作為合成放大器中一個(gè)關(guān)鍵的無(wú)源結(jié)構(gòu)，其性能的好壞直接決 定了整個(gè)功放的性能。
基片集成波導(dǎo)是近年來(lái)興起的一種新型導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，它是通過(guò)在上下面敷銅的 低損耗介質(zhì)基片加入金屬化通孔陣列，來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的金屬波導(dǎo)的功能。由于它的 傳播特性與矩形金屬波導(dǎo)(簡(jiǎn)稱(chēng)波導(dǎo))類(lèi)似，所以由其構(gòu)成的微波毫米波無(wú)源器
件具有高Q值、低損耗、高功率容量、易集成等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于該結(jié)構(gòu)完全為 介質(zhì)基片上的金屬化通孔陣列所構(gòu)成，因此可用普通的印制板工藝實(shí)現(xiàn)，并可與 其它平面電路實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成。這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、加工成本較低，便于大批量 生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是解決目前微波毫米波功率合成放大器中功分/合 成器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，加工精度要求高，器件安裝不容易，生產(chǎn)成本昂貴，電路調(diào) 試和測(cè)試?yán)щy等問(wèn)題。提供一種簡(jiǎn)潔、高性能的層疊型基片集成波導(dǎo)功分合成器，
促進(jìn)功率合成技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，拓寬了基片集成波導(dǎo)的應(yīng)用領(lǐng)域。
技術(shù)方案本發(fā)明的層疊型基片集成波導(dǎo)功分合成器，其特征在于該功分
合成器是通過(guò)將n個(gè)等厚度的含對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)基片集成波導(dǎo)層疊在一起，并
沿波導(dǎo)窄壁分別緊密地插入到輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)的;利用基片集成波導(dǎo)具
有和矩形金屬波導(dǎo)相類(lèi)似的傳輸特性和場(chǎng)分布特性，通過(guò)輸入波導(dǎo)與n個(gè)等厚度
的含對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)基片集成波導(dǎo)組成n路功分器;通過(guò)n個(gè)等厚度的含對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)基片集成波導(dǎo)與輸出波導(dǎo)組成n路合成器，n路功分器和n路合成 器的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱(chēng)的。
所述等厚度的含對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)基片集成波導(dǎo)包括輸入對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié) 構(gòu)、金屬通孔、基片集成波導(dǎo)、金屬敷銅、輸出對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)，在基片上設(shè) 有金屬敷銅，沿等厚度的含對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)基片集成波導(dǎo)的軸向在其中心線(xiàn)的 兩側(cè)對(duì)稱(chēng)的設(shè)有金屬通 L,在兩排金屬通孔之間為基片集成波導(dǎo)，在基片集成波 導(dǎo)的一端設(shè)有輸入對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)，在基片集成波導(dǎo)的另一端設(shè)有輸出對(duì)稱(chēng)尖 劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)。
有益效果本發(fā)明提出的層疊型基片集成波導(dǎo)功分/合成器設(shè)計(jì)方案具有以 下優(yōu)點(diǎn)
(1) 良好的寬帶特性。這是由于基片集成波導(dǎo)與波導(dǎo)傳輸特性和場(chǎng)分布相 類(lèi)似的特點(diǎn)所保證的，從理論上來(lái)說(shuō)，層疊型基片集成波導(dǎo)功分/合成器與矩形 金屬波導(dǎo)的工作頻率范圍基本一致。
(2) 該結(jié)構(gòu)中功分器或合成器的每路輸出或輸入信號(hào)具有等幅、同相的特 性。這是由于功分/合成器中基片集成波導(dǎo)是等厚度的，并且按圖3所示的插入 波導(dǎo)方式所保證的。同時(shí)如果想設(shè)計(jì)不等分的功分器或合成器，只需通過(guò)簡(jiǎn)單調(diào) 整基片集成波導(dǎo)的厚度就可方便的實(shí)現(xiàn)。
(3) 功分/合成器的傳輸損耗與功率分配或功率合成的路數(shù)n沒(méi)有關(guān)系。這 個(gè)特性是由功分/合成器的構(gòu)成結(jié)構(gòu)所保證的，其功率分配或功率合成分別在輸 入波導(dǎo)或輸出波導(dǎo)內(nèi)完成。
(4) 具有良好的性能，便于設(shè)計(jì)、制作和與其它平面電路(包括有源器件) 銜接。這是由于基片集成波導(dǎo)本身所具有的高Q值、低損耗、易集成和便于加 工等特性。


圖1是本發(fā)明所釆用的含對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)的基片集成波導(dǎo)示意圖。 圖2是本發(fā)明所采用的層疊型基片集成波導(dǎo)功分合成器示意圖。 圖3是發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
，X波段十路層疊型基片集成波導(dǎo)功分/合 成器示意圖。
圖4是本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
，X波段十路層疊型基片集成波導(dǎo)功分/合成器的測(cè)試結(jié)果。
以上的圖中有輸入對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)l、金屬通孔2、基片集成波導(dǎo)3、 金屬敷銅4、輸出對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)5、輸入波導(dǎo)6、含對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)的基 片集成波導(dǎo)7、輸出波導(dǎo)8、 n路功分器9、 n路合成器10、 X波段輸入增高波導(dǎo) 11、 X波段輸出增高波導(dǎo)12、 X波段十路功分器13、 X波段十路合成器14。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種層疊型基片集成波導(dǎo)功分/合成器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于 該功分/合成器是通過(guò)將n個(gè)等厚度的含對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)基片集成波導(dǎo)層疊在
一起，并沿波導(dǎo)窄壁分別緊密地插入到輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)內(nèi)完成。利用基片集 成波導(dǎo)具有和矩形金屬波導(dǎo)相類(lèi)似的傳輸特性和場(chǎng)分布特性，通過(guò)輸入波導(dǎo)與n
個(gè)等厚度的含對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)基片集成波導(dǎo)可組成n路功分器，通過(guò)n個(gè)等厚 度的含對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)基片集成波導(dǎo)與輸出波導(dǎo)可組成n路合成器。圖1給出 了單個(gè)含對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)的基片集成波導(dǎo)示意圖，圖2給出了 n個(gè)等厚度含尖
劈過(guò)渡的基片集成波導(dǎo)插入輸入和輸出波導(dǎo)后組成n路功分/合成器的示意圖。 在n路功分器端，信號(hào)進(jìn)入輸入波導(dǎo)，通過(guò)n個(gè)等厚度印制板上下面敷銅被分為 n等分，并通過(guò)對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)引入到n個(gè)基片集成波導(dǎo)內(nèi)，從而方便的實(shí)現(xiàn) 了 n路信號(hào)的等功率分配。在n路合成器端，來(lái)自n個(gè)基片集成波導(dǎo)的信號(hào)經(jīng)由 各自對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)分別輸入到輸出波導(dǎo)，在輸出波導(dǎo)內(nèi)完成信號(hào)的功率合成 和輸出，從而方便的實(shí)現(xiàn)n路信號(hào)的等功率分配。n路功分器和n路合成器的結(jié) 構(gòu)是對(duì)稱(chēng)的。
實(shí)現(xiàn)裝置為一個(gè)十路X波段功分/合成器。該裝置包括X波段輸入增高 波導(dǎo)11、十個(gè)等厚度含對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)的基片集成波導(dǎo)7、 X波段輸出增高波 導(dǎo)12。在十路功分器13端，信號(hào)進(jìn)入X波段輸入增高波導(dǎo)11，通過(guò)十個(gè)等厚 度的輸入對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)1引入到十個(gè)基片集成波導(dǎo)3內(nèi)，從而方便的實(shí)現(xiàn)了 十路信號(hào)的等功率分配。在十路合成器14端，來(lái)自十個(gè)基片集成波導(dǎo)3的信號(hào) 經(jīng)各自的輸出對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)5輸入到X波段輸出增高波導(dǎo)12，在X波段輸 出增高波導(dǎo)12內(nèi)完成信號(hào)的功率合成和輸出，從而方便的實(shí)現(xiàn)十路信號(hào)的等功 率合成。
本發(fā)明在8.2GHz 12.4GHz頻率范圍上實(shí)現(xiàn)了十路層疊型基片集成波導(dǎo)功分合成器的實(shí)驗(yàn)裝置，圖3給出了該結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為測(cè)試結(jié)果。該功分/合 成器包含十個(gè)等厚度含對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)的基片集成波導(dǎo)7和一個(gè)X波段輸入 增高波導(dǎo)11和1個(gè)X波段輸出增高波導(dǎo)12。由X波段輸入波導(dǎo)11和十個(gè)等厚 度含對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)的基片集成波導(dǎo)7的左半部分組成X波段十路功分器13， 由X波段輸出波導(dǎo)12和十個(gè)等厚度含對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)的基片集成波導(dǎo)7的右 半部分組成X波段十路合成器14。本發(fā)明所采用的X波段增高波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)為增高波導(dǎo)的一端為X波段標(biāo) 準(zhǔn)波導(dǎo)HD-QB/100的橫截面，橫截面尺寸為22.86mmX10.16mm,增高波導(dǎo)的 另一端橫截面尺寸為22.86mmX10.2mm，增高波導(dǎo)長(zhǎng)度為85mm，增高波導(dǎo)過(guò) 渡段長(zhǎng)度為22mm。本發(fā)明所采用的含對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)的基片集成波導(dǎo)具體參數(shù)為基片厚度 為lmm,金屬敷銅的厚度為0.018mm，基片介電常數(shù)sr為2.2。其余參數(shù)如圖1 所示,其中，L—trans=63mm， L—dove=54mm， L—cop=4.5mm， W—siw0=26mm， W—siwl=16mm， R—via=0.5mm， L_vsp=0.8mm。測(cè)試結(jié)果如圖5所示。所有測(cè)試數(shù)據(jù)中均包含有波導(dǎo)-SMA轉(zhuǎn)換器和 2.4mm-3.5mm轉(zhuǎn)接頭的損耗。在X波段內(nèi)，回波損耗低于-13dB，傳輸損耗優(yōu)于 -O細(xì)。
權(quán)利要求
1、一種層疊型基片集成波導(dǎo)功分合成器，其特征在于該功分合成器是通過(guò)將n個(gè)等厚度的含對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)基片集成波導(dǎo)(7)層疊在一起，并沿波導(dǎo)窄壁分別緊密地插入到輸入波導(dǎo)(6)和輸出波導(dǎo)(8)實(shí)現(xiàn)的；利用基片集成波導(dǎo)具有和矩形金屬波導(dǎo)相類(lèi)似的傳輸特性和場(chǎng)分布特性，通過(guò)輸入波導(dǎo)(6)與n個(gè)等厚度的含對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)基片集成波導(dǎo)(7)組成n路功分器(9)；通過(guò)n個(gè)等厚度的含對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)基片集成波導(dǎo)(7)與輸出波導(dǎo)(8)組成n路合成器(10)，n路功分器(9)和n路合成器(10)的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱(chēng)的。
2、 如權(quán)利要求1所述的層疊型基片集成波導(dǎo)功分合成器，其特征在于所述等厚度的含對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)基片集成波導(dǎo)(7)包括輸入對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)(1)、金屬通孔(2)、基片集成波導(dǎo)(3)、金屬敷銅(4)、輸出對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)(5)，在基片上設(shè)有金屬敷銅(4)，沿等厚度的含對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)基片集成波導(dǎo)(7)的軸向在其中心線(xiàn)的兩側(cè)對(duì)稱(chēng)的設(shè)有金屬通孔(2)，在兩排金屬通孔(2)之間為基片集成波導(dǎo)(3)，在基片集成波導(dǎo)(3)的一端設(shè)有輸入對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)(1)，在基片集成波導(dǎo)(3)的另一端設(shè)有輸出對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)(5)。
全文摘要
層疊型基片集成波導(dǎo)功分/合成器可以應(yīng)用于微波毫米波功率合成放大器電路的設(shè)計(jì)，亦可用于微波毫米波集成電路的設(shè)計(jì)。該功分/合成器利用了矩形金屬波導(dǎo)與基片集成波導(dǎo)傳輸特性和場(chǎng)分布相類(lèi)似的特點(diǎn)，首先提出了通過(guò)將一組等厚度的含對(duì)稱(chēng)尖劈過(guò)渡結(jié)構(gòu)基片集成波導(dǎo)層疊并緊密地插入到矩形金屬波導(dǎo)內(nèi)，從而構(gòu)成寬帶、低插損功分/合成器的設(shè)計(jì)方法，為微波毫米波功率合成放大器的設(shè)計(jì)提供了一條全新的技術(shù)路線(xiàn)。實(shí)現(xiàn)了一個(gè)十路X波段層疊型基片集成波導(dǎo)功分/合成器的實(shí)驗(yàn)裝置，其工作頻率為范圍8.2GHz～12.4GHz，回波損耗低于-13dB，傳輸損耗低于-0.8dB。
文檔編號(hào)H01P1/20GK101515662SQ20091002926
公開(kāi)日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者朱紅兵, 偉 洪, 玲 田 申請(qǐng)人:東南大學(xué)