專利名稱：具有很好的幅度均衡度和工作帶寬的移相器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
移相器是微波、毫米波器件的關(guān)鍵技術(shù)之一?；刹▽?dǎo)補償型寬帶移相器 可廣泛應(yīng)用于諸如波束成形網(wǎng)絡(luò)、差分電路、返回式天線陣等對相位有特殊要求的 基片集成波導(dǎo)器件和系統(tǒng)中，實現(xiàn)一體化設(shè)計。
背景技術(shù)：
移相器的研究主要集中在兩方面寬帶特性和幅度均衡性。其中，實現(xiàn)寬帶移 相器尤為困難。為了與基于不同傳輸線結(jié)構(gòu)設(shè)計出的電路一體化集成，移相器也需 要由不同傳輸線結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。對于寬帶移相器來說，最為知名的就是在帶狀線、微 帶線或共面波導(dǎo)上實現(xiàn)的"希夫曼移相器"和在波導(dǎo)中利用一些E面支節(jié)線實現(xiàn)的寬 帶移相器。
目前，微波和毫米波電路的主要的發(fā)展方向為平面化和集成化。因此，平面?zhèn)?輸線，如微帶線、共面波導(dǎo)等，已經(jīng)成為集成電路設(shè)計的首選。但是其較高的損耗 和輻射寄生互耦使得其在毫米波階段的使用顯得尤為困難。相反，經(jīng)典的金屬波導(dǎo)， 由于其優(yōu)異的性能直到今天仍被廣泛應(yīng)用?？墒?，這一立體的結(jié)構(gòu)很難與平面電路 實現(xiàn)集成化，封裝也存在較大的困難。目前， 一種綜合以上兩種傳輸線結(jié)構(gòu)優(yōu)點的 新型導(dǎo)波結(jié)構(gòu)——基片集成波導(dǎo)已經(jīng)被提出并得到了廣泛的研究。但是，相對于利 用基片集成波導(dǎo)已經(jīng)實現(xiàn)的各種性能優(yōu)異的器件而言，基于這一新型結(jié)構(gòu)設(shè)計的移 相器顯得尤為落后，已經(jīng)成為限制基片集成波導(dǎo)器件性能的瓶頸(即器件的帶寬只 能由移相器的帶寬來決定)。與之相反，對于擁有了高性能"希夫曼移相器"的其他平 面電路，其移相器所能實現(xiàn)的帶寬已經(jīng)遠遠超出整個電路或系統(tǒng)的要求，因而不會 限制電路的性能。
故此，對寬帶基片集成波導(dǎo)移相器的需要顯得極為迫切。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本實用新型的目的是設(shè)計一種具有很好的幅度均衡度和工作帶寬的移相器，使其在極寬的工作頻帶內(nèi)具有固定的相移量和很好的幅度均衡度。
技術(shù)方案本實用新型的具有很好的幅度均衡度和工作帶寬的移相器，包括上 層金屬敷銅面、下層金屬敷銅面、介質(zhì)基片、金屬化通孔；其特征在于該移相器為 一平面電路結(jié)構(gòu)，上層金屬敷銅面、下層金屬敷銅面分別位于介質(zhì)基片的兩面，兩 排金屬化通孔穿過介質(zhì)基片與上層金屬敷銅面、下層金屬敷銅面相連接形成基片集 成波導(dǎo)支路一，另兩排金屬化通孔穿過介質(zhì)基片與上層金屬敷銅面、下層金屬敷銅 面相連接形成基片集成波導(dǎo)支路二；支路一輸入端口位于基片集成波導(dǎo)支路一信號 輸入的一側(cè)，支路一輸出端口位于基片集成波導(dǎo)支路一信號輸出的一側(cè)；支路二輸 入端口位于基片集成波導(dǎo)支路二信號輸入的一側(cè)，支路二輸出端口位于基片集成波 導(dǎo)支路二信號輸出的一側(cè)；信號由支路一輸入端口、支路二輸入端口進入，分別通 過基片集成波導(dǎo)支路一，基片集成波導(dǎo)支路二，到達支路一輸出端口、支路二輸出 端口，并在二者之間形成固定的所需相位差。
基片集成波導(dǎo)支路一具有第一寬度Wl和第一長度Ll ，基片集成波導(dǎo)支路二具 有第二寬度W2、第一長度L1、第三寬度W3和第二長度L2;在介電常數(shù)為^的介 質(zhì)基片上實現(xiàn)中心頻率為/，帶寬為相位差為p的移相器電路，可預(yù)先選定基 片集成波導(dǎo)的金屬化通孔直徑A間距p，第一寬度W1、第二寬度W2和第三寬度 Wl，再利用下述方程組確定第一長度L1、第二長度L2。
<formula>formula see original document page 4</formula>
由于利用不同長度和利用不同寬度的基片集成波導(dǎo)實現(xiàn)的移相器，它們所產(chǎn)生
的相移量隨頻率變化的趨勢正好相反，故可以將二者結(jié)合起來進行相位補償；通過 適當?shù)卦O(shè)定兩條支路的長度和寬度，可以在支路一與支路二之間根據(jù)要求實現(xiàn)不同 的固定相位差，其工作帶寬極寬。有益效果本實用新型具有以下優(yōu)點
1:)具有極寬的工作帶寬，理論上可達70%的相對帶寬(90°±5°)，實測可達50% (卯.5°±2.5。)
2:)具有很好的幅度均衡度，兩條支路之間的幅度差小于0.2(18。
3:)該移相器結(jié)構(gòu)緊湊，具有低損耗、低寄生互耦等一系列優(yōu)點。 4:)易于與其他無源電路和有源電路集成。
5:)可以通過普通PCB工藝制作于介質(zhì)基片上，成本低、精度高、重復(fù)性好，
適合大批量生產(chǎn)。

圖1是本實用新型具有很好的幅度均衡度和工作帶寬的移相器的結(jié)構(gòu)示意圖，
以上的圖中有上層金屬敷銅面l、下層金屬敷銅面2、介質(zhì)基片3、金屬化通 孔4、基片集成波導(dǎo)支路一5、支路一輸入端口51、支路一輸出端口52、基片集成 波導(dǎo)支路二6、支路二輸入端口61、支路二輸出端口62。
具體實施方式
本實用新型的具有很好的幅度均衡度和工作帶寬的移相器包括上層金屬敷銅面 K下層金屬敷銅面2、介質(zhì)基片3、基片集成波導(dǎo)支路一5、支路一輸入端口51、 支路一輸出端口52、基片集成波導(dǎo)支路二6、支路二輸入端口61、支路二輸出端口 62;該移相器為一平面電路結(jié)構(gòu)，上層金屬敷銅面1、下層金屬敷銅面2分別位于 介質(zhì)基片3的上下表面，金屬化通孔4穿過介質(zhì)基片3與上層金屬敷銅面1、下層 金屬敷銅面2相連接形成基片集成波導(dǎo)支路一5、基片集成波導(dǎo)支路二6，支路一輸 入端口 51位于基片集成波導(dǎo)支路一 5的一側(cè)，支路一輸出端口 52位于基片集成波 導(dǎo)支路一 5的另一側(cè)，支路二輸入端口 61位于基片集成波導(dǎo)支路二 6的一側(cè)，支路 二輸出端口 62位于基片集成波導(dǎo)支路二 6的另一側(cè)。
該移相器共有2個輸入端口，即支路一輸入端口 51和支路二輸入端口 61，信 號從此二輸入端口進入，分別經(jīng)過具有不同寬度和長度的基片集成波導(dǎo)支路一 5、 基片集成波導(dǎo)支路二6，抵達2個輸出端口，在支路二輸出端口 52和支路二輸出端 口 62之間形成固定的所需相位差，基片集成波導(dǎo)支路一5具有第一寬度Wl、第一 長度L1，基片集成波導(dǎo)支路二6具有第二寬度W2、第一長度L1、第三寬度W3、第二長度L2。
在介電常數(shù)為￡,的介質(zhì)基片上實現(xiàn)中心頻率為/,帶寬為△/，所需相移量為伊 的移相器電路，預(yù)先選定基片集成波導(dǎo)的金屬化通孔直徑A間距p，第一寬度W1、 第二寬度W2、第三寬度W3，可由下述公式組確定變量L1、 L2。
300
W2 —
0.95 X/7
300
、2
、2
龍
d2
0.95 x p
一L2
300
、2
W3-
rf2
0.95 x p
300
、2
7T
W2-
rf2
0.95 x p J
300
Wl — -
d2
0.95 x p」
丄2
2^T(/ + A/)、
W3 —
0.95 xp
設(shè)計實例
基片集成波導(dǎo)補償型寬帶移相器在中心頻率30GHz處實現(xiàn)具有A戶7GHz的90° 相移量，并測試其性能。基片選用Rogers Duroid 5880，其介質(zhì)常數(shù)為2.2，厚度 0.508mm。選定基片集成波導(dǎo)的金屬化通孔的直徑d為0.4mm，間距p為0.8mm， Wl=5.32mm、 W2=6mm、 W3=6mm，可令中心頻率30 GHz處的相移量略小于90°， 以獲得更寬的工作頻帶，此處令其為87。，計算得L1、 L2的初始值分別為14.8mm 和0.88mm，經(jīng)過Ansoft HFSS Vll電磁仿真軟件的仿真優(yōu)化和考慮加工的方便，最 終確定L142mm、 L2=lmm。
測試結(jié)果顯示，在25.11GHz到39.75GHz的范圍內(nèi)，兩個輸入端口的回波損耗 均優(yōu)于12dB。兩個輸出端口的輸出幅度不均衡度小于0.2dB，兩個輸出端口之間的 相位差為90.5°±2.5°。其工作頻帶覆蓋幾乎整個Ka頻段，相對帶寬可達50%。
權(quán)利要求1.一種具有很好的幅度均衡度和工作帶寬的移相器，包括上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)、介質(zhì)基片(3)、金屬化通孔(4)；其特征在于該移相器為一平面電路結(jié)構(gòu)，上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)分別位于介質(zhì)基片(3)的兩面，兩排金屬化通孔(4)穿過介質(zhì)基片(3)與上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)相連接形成基片集成波導(dǎo)支路一(5)，另兩排金屬化通孔(4)穿過介質(zhì)基片(3)與上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)相連接形成基片集成波導(dǎo)支路二(6)；支路一輸入端口(51)位于基片集成波導(dǎo)支路一(5)信號輸入的一側(cè)，支路一輸出端口(52)位于基片集成波導(dǎo)支路一(5)信號輸出的一側(cè)；支路二輸入端口(61)位于基片集成波導(dǎo)支路二(6)信號輸入的一側(cè)，支路二輸出端口(62)位于基片集成波導(dǎo)支路二(6)信號輸出的一側(cè)；信號由支路一輸入端口(51)、支路二輸入端口(61)進入，分別通過基片集成波導(dǎo)支路一(5)，基片集成波導(dǎo)支路二(6)，到達支路一輸出端口(52)、支路二輸出端口(62)，并在二者之間形成固定的所需相位差。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有很好的幅度均衡度和工作帶寬的移相器，其特征 在于基片集成波導(dǎo)支路一 (5)具有第一寬度Wl和第一長度Ll，基片集成波導(dǎo)支 路二 (6)具有第二寬度W2、第一長度L1、第三寬度W3和第二長度L2;在介電 常數(shù)為^的介質(zhì)基片上實現(xiàn)中心頻率為/，帶寬為A/，相位差為9>的移相器電路， 可預(yù)先選定基片集成波導(dǎo)的金屬化通孔直徑"，間距； ，第一寬度Wl、第二寬度 W2和第三寬度W1，再利用下述方程組確定第一長度L1、第二長度L2。<formula>formula see original document page 2</formula>
專利摘要具有很好的幅度均衡度和工作帶寬的移相器可廣泛應(yīng)用于諸如波束成形網(wǎng)絡(luò)、差分電路、返回式天線陣等對相位有特殊要求的基片集成波導(dǎo)器件和系統(tǒng)中，實現(xiàn)一體化設(shè)計，該移相器為一平面電路結(jié)構(gòu)，上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)分別位于介質(zhì)基片(3)的兩面，兩排金屬化通孔(4)穿過介質(zhì)基片(3)與上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)相連接形成基片集成波導(dǎo)支路一(5)，另兩排金屬化通孔(4)穿過介質(zhì)基片(3)與上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)相連接形成基片集成波導(dǎo)支路二(6)；具有極寬的工作帶寬、很好的幅度均衡度，結(jié)構(gòu)緊湊，具有低損耗、低寄生互耦，易于與其他無源電路和有源電路集成。成本低、精度高。
文檔編號H01P1/18GK201345399SQ20092003854
公開日2009年11月11日 申請日期2009年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月6日
發(fā)明者柯 吳, 偉 洪, 程鈺間 申請人:東南大學(xué)