[發明專利]三維堆疊結構SIW雙工器

有效

• 申請號: 202010128980.9
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111326835B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 朱勇;陸宇
• 申請（專利權）人: 西南電子技術研究所(中國電子科技集團公司第十研究所)
• 主分類號: H01P1/20
• 分類號: H01P1/20;H01P1/208
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

本發明公開的一種三維堆疊結構SIW雙工器，涉及微波無源器件領域。旨在提供一種易于小型化和高密度集成，能夠實現收發信號垂直傳輸的SIW雙工器。本發明通過下述技術方案實現：采用疊層SIW濾波器和平面傳輸線相結合的技術方式，兩個作為收發的疊層SIW濾波器由設置在各介質層SIW諧振腔垂直堆疊組成，收發輸入輸出傳輸線位于SIW雙工器頂層金屬面，度彎折后與頂層收發合路信號平面傳輸線形成T形結構；并且它們的輸入輸出端口均位于頂層和底層的不同平面，多段位于頂層和底層的平面傳輸線將收發濾波器的輸入輸出端口分別進行T型合路和水平引出，形成符合毫米波頻段下瓦片式有源相控陣天線實際應用需求的三維堆疊結構SIW雙工器。

技術領域

本發明涉及微波無源器件領域，三維堆疊結構SIW(Substrate IntegratedWaveguide)SIW雙工器。

背景技術

SIW雙工器是異頻雙工電臺，中繼臺的主要配件，其作用是將發射和接收訊號相隔離，保證接收和發射都能同時正常工作。它是由兩組不同頻率的帶通濾波器組成。基片集成波導(SIW)技術作為近些年微波無源方向的新興和熱點技術之一。基片集成波導濾波器是一種在介質基片上實現的濾波器，它的性能類似矩形波導濾波器，但卻屬于平面電路。它具有品質因數高，功率容量大，易于加工，易于集成等特點。基于基片集成波導SIW諧振腔的濾波器具有微帶濾波器的易于與系統集成和小型化的優點，同時也兼顧了波導濾波器高Q值(即低插損)、功率容量高的優勢，因此基片集成波導SIW濾波器十分適用于在毫米波系統中的應用。基片集成波導(SIW)微波濾波器是通信系統和無線系統中常用的元器件之一，其性能的優劣直接影響到整個系統的質量。基片集成波導SIW其基本結構為在低損耗介質基板上下兩面覆以金屬層，基板兩側加以金屬化通孔。SIW具有矩形波導和微帶線的優點，即具有低損耗、高Q值、高功率容量、小型化和易于集成等優點，同時能通過現有的PCB或LTCC工藝來制作。由于基于SIW的諧振腔的厚度遠遠小于其長度和寬度，因此SIW諧振腔腔體耦合主要是通過腔體地面金屬板的開孔和側壁金屬化通孔開窗以及通孔形成探針等結構來實現。通過多個基片集成波導SIW諧振腔的直接耦合或者交叉耦合，結合微波濾波器理論綜合知識，可以形成具有不同帶外響應特性的SIW濾波器，已有大量學者基于基片集成波導SIW諧振器研究了各種不同種類的微波濾波器，形成了一系列的SIW濾波器的設計理論和設計方法。目前針對基片集成波導SIW傳輸特性的定量分析有全波分析法，等效模型法和實驗法。其中實驗法是分別根據實際測量的每個場內位置的電磁參數，繪制基片集成波導的實際場，結果最為精確。但其耗時長，成本高，在實際應用中已經很少應用了。基于全波分析的第三方仿真軟件可以較為方便的確定SIW的場域內電磁參數，并準確的分析其傳輸模型，以及通過建立模型，可以方便的了解SIW各個參數對于其傳輸特性的影響。而等效模型法，是將SIW器件的設計轉化成為了成熟的波導器件設計，利用SIW和波導之間的等效參數設計，將不成熟的設計領域內的問題轉化到了成熟的設計領域,降低了問題的難度，節省了解決問題的時間。基片集成波導主要的設計參數集中在金屬通孔寬度W，金屬通孔間距P，金屬通孔直徑D，以及基片厚度H上。隨著微型集成電路的發展，信號經常需要在各個不同的傳輸系統或微型部件之間傳遞轉換，對于SIW來說，也同樣涉及到此類問題。SIW與一般傳輸系統之間大概涉及到三種傳遞轉化的方式。一、與微帶線共面連接，這種結構只需要一層介質基片。二、與微帶線的異面連接，為微帶線與SIW分別在不同層的介質基片上，通過通孔，探針耦合進行能量的傳輸。三、與同軸線的同軸連接。與微帶線共面連接微帶線是由平行雙線逐漸發展而來的一種非平衡傳輸線。這種傳輸線是由介質基板和上面的微帶導體帶條組成的。由于導體帶條和接地板之間是介電常數較高的介質基板，因此電場主要分布在導體帶條和接地板之間的介質區域內。在低頻傳輸時，可以視為場內傳輸的是準TEM模，輻射損耗較小。為了實現SIW與微帶線的共面連接，除了物理上的相接外，還必須對SIW傳輸的主模10TE和微帶線傳輸的準TEM模進行模式轉換，同時，微帶線自身的特性阻抗和SIW的波阻抗也必須進行匹配，滿足這兩個條件，才能進行信號的傳遞。50歐姆的微帶線與SIW通過一個錐形的過渡段直接連接，同時實現模式匹配和阻抗。由于直接對過渡段進行優化會較為耗時，因此可以直接利用一個簡易的等效模型可以尋找到較理想的初值。