專(zhuān)利名稱(chēng)：一種寬帶基片集成波導(dǎo)環(huán)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及寬帶基片集成波導(dǎo)環(huán)行器。
背景技術(shù)：
微波鐵氧體器件自二十世紀(jì)登上歷史舞臺(tái)后，特別是經(jīng)歷近三十年飛速發(fā)展，微波鐵氧體器件的應(yīng)用迅速擴(kuò)展到民用通訊、工農(nóng)醫(yī)等領(lǐng)域。近些年來(lái)，民用電子工業(yè)(特別 是電子通信)和單片集成技術(shù)(MMIC)的飛速發(fā)展，加之軍用器件在尺寸、性能、帶寬、可靠性及環(huán)境生存能力等方面的要求比過(guò)去更加苛刻，微波通訊等設(shè)備要求整機(jī)朝著集成化方向發(fā)展，微波鐵氧體器件，如環(huán)行器、隔離器等也必須順應(yīng)整機(jī)發(fā)展方向發(fā)展。例如，相控陣?yán)走_(dá)在其雷達(dá)陣列中所需的移相器、環(huán)行器至少要有幾百上千的數(shù)量，甚至多達(dá)萬(wàn)計(jì)，因此其整機(jī)的體積大小將受鐵氧體器件的大小限制，傳統(tǒng)波導(dǎo)環(huán)行器受到新興平面結(jié)構(gòu)器件的挑戰(zhàn)，平面結(jié)構(gòu)器件依靠其體積小、重量輕、易集成、造價(jià)低等諸多優(yōu)勢(shì)越來(lái)越受到歡迎，并成為器件發(fā)展的一大趨勢(shì)。鐵氧體微波器件是利用微波在鐵氧體媒質(zhì)中的非互易傳播效應(yīng)設(shè)計(jì)制成的。環(huán)行器是最常用的微波鐵氧體器件之一，是一種具有定向傳輸特點(diǎn)的非互易性器件。環(huán)行器的種類(lèi)很多，常用的有矩形波導(dǎo)結(jié)環(huán)形器，隨著微帶線的發(fā)展，也產(chǎn)生了微帶結(jié)環(huán)行器。傳統(tǒng)的矩形波導(dǎo)結(jié)環(huán)行器具有高品質(zhì)因數(shù)、超寬帶、低損耗、溫度特性好、高功率容量等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)有技術(shù)在X波段內(nèi)，傳統(tǒng)矩形波導(dǎo)環(huán)行器的帶寬能做到滿帶，即整個(gè)X波段內(nèi)都有良好的傳輸和隔離，但它們體積大、加工工藝和調(diào)試過(guò)程復(fù)雜、系統(tǒng)造價(jià)昂貴、維護(hù)困難。例如，合肥的范宇等人研制的波導(dǎo)結(jié)式環(huán)行器在X波段能達(dá)到滿帶，帶寬為40%，但其體積大，調(diào)試?yán)щy。基片集成波導(dǎo)(Substrate Integrated Waveguide簡(jiǎn)稱(chēng)SIW)是一種新型的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，它源于矩形波導(dǎo)和微帶線，具有低成本、低損耗、高Q值和可高密度集成于微波毫米波電路及其子系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，基片集成波導(dǎo)已逐漸成為微波傳輸線及器件的一個(gè)重要發(fā)展方向。近年來(lái)，吳柯教授和洪偉教授分別帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在SIW研究做了巨大的貢獻(xiàn)。基片集成波導(dǎo)技術(shù)發(fā)展迅猛，其產(chǎn)品有基片集成波導(dǎo)濾波器、基片集成波導(dǎo)定向耦合器、窄帶基片集成波導(dǎo)環(huán)行器、基片集成波導(dǎo)多工器基片集成波導(dǎo)微帶線轉(zhuǎn)接器等無(wú)源器件。例如，南京金國(guó)慶等人研制的X波段環(huán)行器體積為96.35mmx4mm，但其帶寬僅為10%，加拿大的WilliamD’ Orazio研制的毫米波SIW環(huán)行器20dB的帶寬也僅為12%。平面結(jié)構(gòu)的環(huán)行器有SIW環(huán)行器、微帶環(huán)行器，這類(lèi)平面器件體積小、重量輕、易集成、造價(jià)低，但普片存在帶寬不夠，帶寬很窄，很難做到滿頻帶。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種小型化、大功率、可集成化、低成本超寬帶的基片集成波導(dǎo)環(huán)行器，該環(huán)行器在全X波段(8. 2GHz 12. 4GHz )內(nèi)具有高隔離性能，低插入損耗和低端口駐波。
本發(fā)明提供的寬帶基片集成波導(dǎo)環(huán)行器，其結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括矩形介質(zhì)基片
5、覆蓋于矩形介質(zhì)基片5背面的金屬地板和覆蓋于矩形介質(zhì)基片5正面金屬圖形。所述正面金屬圖形包括位于矩形介質(zhì)基片5正面中間位置的一個(gè)正三角形金屬圖形1，正三角形金屬圖形I的一個(gè)邊平行于矩形介質(zhì)基片5的長(zhǎng)邊；正三角形金屬圖形I的三個(gè)內(nèi)角處具有三排弧形過(guò)渡的金屬化通孔4，使得正三角形金屬圖形I、介質(zhì)基片5和背面金屬地板形成一個(gè)120度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的三端口基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。所述120度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的三端口基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的中心開(kāi)有一個(gè)貫穿介質(zhì)基片5以及介質(zhì)基片5兩面的金屬層的圓形窗口 ；所述圓形窗口與正三角形金屬圖形I的內(nèi)切圓同心、但其直徑小于內(nèi)切圓的直徑；所述圓形窗口中放置圓柱形中心結(jié)旋磁鐵氧體3，中心結(jié)旋磁鐵氧體3的直徑與圓形窗口的直徑相匹配、其高度不超過(guò)介質(zhì)基片5的厚度。所述120度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的三端口基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的三個(gè)端口分別采用三段長(zhǎng)度為四分之一中心波長(zhǎng)的梯形微帶過(guò)渡線2連接至位于介質(zhì)基片5其中三個(gè)邊的三段50 Q標(biāo)準(zhǔn)微帶線6，所述三段50 Q標(biāo)準(zhǔn)微帶線6構(gòu)成整個(gè)寬帶基片集成波導(dǎo)環(huán)行器的T型端口。為了使得梯形微帶過(guò)渡線2與50 Q標(biāo)準(zhǔn)微帶線6之間的阻抗匹配，在所述三段長(zhǎng)度為四分之一中心波長(zhǎng)的梯形微帶過(guò)渡線2對(duì)應(yīng)的區(qū)域分別具有一個(gè)金屬阻抗匹配調(diào)節(jié)柱，所述金屬阻抗匹配調(diào)節(jié)柱從背面金屬地板插入介質(zhì)基板中，三個(gè)金屬阻抗匹配調(diào)節(jié)柱與所述圓形窗口之間的距離相等，并呈120度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)。本發(fā)明提供的寬帶基片集成波導(dǎo)環(huán)行器的端口利用金屬阻抗匹配調(diào)節(jié)柱7和四分之一中心波長(zhǎng)的梯形微帶過(guò)渡線2將中心Y結(jié)轉(zhuǎn)換成T型接頭，便于器件和系統(tǒng)的集成。為拓展環(huán)行器的帶寬，在SIW到微帶線的過(guò)度段采用金屬阻抗匹配調(diào)節(jié)柱7進(jìn)行阻抗匹配，即在SIW的背面打入金屬阻抗匹配調(diào)節(jié)柱(直徑d2，深度h2小于介質(zhì)基片5的厚度)。采用梯形微帶過(guò)渡線2將中心結(jié)的阻抗過(guò)渡到50 Q的標(biāo)準(zhǔn)微帶6 —方面可以減小器件的體積，另一方面可以增加基片集成波導(dǎo)與微帶傳輸線間的耦合，降低插損。由于SIW對(duì)頻率變化的敏感度要強(qiáng)于微帶對(duì)頻率的變化，所以，此處Y型接頭轉(zhuǎn)變成T型接頭采用微帶線而不采用基片集成波導(dǎo)。本發(fā)明基片集成波導(dǎo)環(huán)行器中的基片集成波導(dǎo)的寬度，即兩排金屬化通孔間距為S，S滿足
權(quán)利要求
1.ー種寬帶基片集成波導(dǎo)環(huán)行器，其結(jié)構(gòu)包括矩形介質(zhì)基片(5)、覆蓋于矩形介質(zhì)基片(5)背面的金屬地板和覆蓋于矩形介質(zhì)基片(5)正面金屬圖形；所述正面金屬圖形包括位于矩形介質(zhì)基片(5)正面中間位置的ー個(gè)正三角形金屬圖形(1)，正三角形金屬圖形(I)的ー個(gè)邊平行于矩形介質(zhì)基片(5)的長(zhǎng)邊；正三角形金屬圖形(I)的三個(gè)內(nèi)角處具有三排弧形過(guò)渡的金屬化通孔(4)，使得正三角形金屬圖形(I)、介質(zhì)基片(5)和背面金屬地板形成ー個(gè)120度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的三端ロ基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；所述120度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的三端ロ基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的中心開(kāi)有ー個(gè)貫穿介質(zhì)基片(5)以及介質(zhì)基片(5)兩面的金屬層的圓形窗ロ ；所述圓形窗ロ與正三角形金屬圖形(I)的內(nèi)切圓同心、但其直徑小于內(nèi)切圓的直徑；所述圓形窗口中放置圓柱形中心結(jié)旋磁鐵氧體(3)，中心結(jié)旋磁鐵氧體(3)的直徑與圓形窗ロ的直徑相匹配、其高度不超過(guò)介質(zhì)基片(5)的厚度；所述120度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的三端ロ基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的三個(gè)端ロ分別采用三段長(zhǎng)度為四分之一中心波長(zhǎng)的梯形微帶過(guò)渡線(2)連接至位于介質(zhì)基片(5)其中三個(gè)邊的三段50 Q標(biāo)準(zhǔn)微帶線(6)，所述三段50 Q標(biāo)準(zhǔn)微帶線(6)構(gòu)成整個(gè)寬帶基片集成波導(dǎo)環(huán)行器的T型端ロ。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬帶基片集成波導(dǎo)環(huán)行器，其特征在干，所述三段長(zhǎng)度為四分之一中心波長(zhǎng)的梯形微帶過(guò)渡線(2)對(duì)應(yīng)的區(qū)域分別具有ー個(gè)金屬阻抗匹配調(diào)節(jié)柱(7)，所述金屬阻抗匹配調(diào)節(jié)柱(7)從背面金屬地板插入介質(zhì)基板中，三個(gè)金屬阻抗匹配調(diào)節(jié)柱(7)與所述圓形窗ロ之間的距離相等，并呈120度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)。
全文摘要
一種寬帶基片集成波導(dǎo)環(huán)行器，屬于微波器件技術(shù)領(lǐng)域。包括矩形介質(zhì)基片5、背面的金屬地板和正面金屬圖形。正面金屬圖形中間位置的一個(gè)正三角形金屬圖形1，正三角形金屬圖形1、介質(zhì)基片5和背面金屬地板形成一個(gè)120度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的三端口基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)?；刹▽?dǎo)結(jié)構(gòu)的中心圓形窗口；圓形窗口內(nèi)置中心結(jié)旋磁鐵氧體3。基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的三個(gè)端口分別采用三段四分之一中心波長(zhǎng)的梯形微帶過(guò)渡線2連接至位于介質(zhì)基片5邊上的作為T(mén)型端口三段50Ω標(biāo)準(zhǔn)微帶線6。本發(fā)明在全X波段(8.2GHz～12.4GHz)內(nèi)具有高隔離性能，低插入損耗和低端口駐波，且具有小型化、大功率、可集成化、低成本的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01P1/387GK102856617SQ20121035158
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者陳良, 熊林, 汪曉光, 鄧龍江, 何璐, 謝建良 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)