一種基于簡化對偶復合左右手結構的超寬帶耦合器的制作方法

本發明涉及耦合器技術領域，尤其涉及一種基于簡化對偶復合左右手結構的超寬帶耦合器。

背景技術：

復合左右手結構是對微波電路設計產生深刻影響的一種超材料概念，具有一般導波結構不具備的特有特性,例如在低頻階段,它會呈現出左手材料的結構特性,相速度和群速度的傳播方向相反,同時具有相位提前的傳輸特性；而在高頻階段,它又會呈現出右手材料特性,相速度和群速度的傳播方向相同。對比已經發展成熟的復合左右手結構來看,它相應地對偶結構—對偶復合左右手(dualcompositeright/left-handed,dcrlh)結構在近幾年的研究中也得到了越來越多的關注。

dcrlh的等效電路模型最早由richardw.ziolkowski和ching-yingcheng兩位學者提及并進行初步研究。2006年,christophecaloz正式提出了dcrlh概念并對dcrlh結構等效電路模型的特性進行了深入研究。christophecaloz提出了一種采用metal-insulator-metal(mim)技術實現的dcrlh結構,該結構由三個金屬層、兩層介質板構成。

dcrlh結構的特點是:其低頻通帶具有右手特性,高頻通帶具有左手特性,這與復合左右手結構的左右手通帶分布恰好相反。作為新型超材料結構,dcrlh結構也有潛力進一步促進新型微波器件的研究。

綜合利用dcrlh結構和crlh結構,有可能構成性質獨特的組合,這種情況是單純復合左右手結構無法實現的。因此,dcrlh結構在微波電路方面具有非常重要的研究價值,同時在整個電磁場領域也會有很高的應用前景。

技術實現要素：

鑒于上述的分析，本發明旨在提供一種基于簡化對偶復合左右手結構的超寬帶耦合器，用以解決現有耦合器超寬帶特性較差的問題。

本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的：

一種基于簡化對偶復合左右手結構的超寬帶耦合器，該超寬帶耦合器包括：覆銅金屬結構、介質基板結構；

覆銅金屬結構共三層，介質基板結構共兩層；

頂層的覆銅金屬結構位于上層的介質基板結構的上表面；

中層的覆銅金屬結構位于上層的介質基板結構和下層的介質基板結構之間，作為公共接地面；

底層的覆銅金屬結構位于下層的介質基板結構的下表面；

頂層和底層的覆銅金屬結構均包括：微帶饋線、微帶貼片、簡化對偶復合左右手結構。

頂層的覆銅金屬結構中，微帶貼片位于覆銅金屬結構中央，且微帶貼片的左右兩側各自與一條微帶饋線連接；

左側的微帶饋線向前彎折90°，右側的微帶饋線向后彎折90°；

簡化對偶復合左右手結構有兩對，每對簡化對偶復合左右手結構中：一個簡化對偶復合左右手結構設置在微帶貼片的前側，另一個簡化對偶復合左右手結構設置在微帶貼片的后側；

微帶貼片的左前和右后的簡化對偶復合左右手結構均為方形的右手螺旋結構，微帶貼片的右前和左后的簡化對偶復合左右手結構均為方形的左手螺旋結構。

底層的覆銅金屬結構中，微帶貼片位于覆銅金屬結構中央，且微帶貼片的左右兩側各自與一條微帶饋線連接；

左側的微帶饋線向后彎折90°，右側的微帶饋線向前彎折90°；

簡化對偶復合左右手結構有兩對，每對簡化對偶復合左右手結構中：一個簡化對偶復合左右手結構設置在微帶貼片的前側，另一個簡化對偶復合左右手結構設置在微帶貼片的后側；

微帶貼片的左前和右后的簡化對偶復合左右手結構均為方形的右手螺旋結構，微帶貼片的右前和左后的簡化對偶復合左右手結構均為方形的左手螺旋結構。

中層的覆銅金屬結構的中心時刻有方槽的缺陷結構。

微帶貼片的寬度w1為6mm，寬度為15mm。

方槽的長度l2為15mm，寬度w2為14mm。

兩對簡化對偶復合左右手結構之間的距離l1為7.7mm；

簡化對偶復合左右手結構的覆銅金屬的寬度w3為0.2mm，縫隙的寬度s為0.2mm，最外圈的最大邊長l3為2.5mm，最內圈的寬度l5為0.8mm。

微帶饋線的線阻抗為50ω；

介質基板結構采用聚四氟乙烯材料制成，且介電常數為2.55；

超寬帶耦合器的整體尺寸為40.52mm×22.76mm。

本發明有益效果如下：

1、本發明提供的耦合器在傳統超寬帶耦合器的微帶貼片結構中加載了螺旋簡化dcrlh結構，新的貼片結構尺寸更小更緊湊。

2、本發明提供的耦合器的兩層微帶貼片之間的共用接地面采用了方槽缺陷地結構，大大增強了頂層與底層貼片間的耦合作用，從而實現了超寬帶特性。

本發明的其他特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。

附圖說明

附圖僅用于示出具體實施例的目的，而并不認為是對本發明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表示相同的部件。

圖1為一種基于簡化對偶復合左右手結構的超寬帶耦合器的結構示意圖；

圖2為一種基于簡化對偶復合左右手結構的超寬帶耦合器的頂層和中層覆銅金屬結構的示意圖；

圖3為一種基于簡化對偶復合左右手結構的超寬帶耦合器的簡化對偶復合左右手結構的示意圖；

圖4為一種基于簡化對偶復合左右手結構的超寬帶耦合器的仿真散射參數曲線；

圖中：1-微帶饋線、2-微帶貼片、3-簡化對偶復合左右手結構、4-接地面。

具體實施方式

下面結合附圖來具體描述本發明的優選實施例，其中，附圖構成本申請一部分，并與本發明的實施例一起用于闡釋本發明的原理。

如圖1所示，一種基于簡化對偶復合左右手結構的超寬帶耦合器，該超寬帶耦合器包括：覆銅金屬結構、介質基板結構；

覆銅金屬結構共三層，介質基板結構共兩層；

頂層的覆銅金屬結構位于上層的介質基板結構的上表面；

中層的覆銅金屬結構位于上層的介質基板結構和下層的介質基板結構之間，作為公共接地面4；

底層的覆銅金屬結構位于下層的介質基板結構的下表面；

頂層和底層的覆銅金屬結構均包括：微帶饋線1、微帶貼片2、簡化對偶復合左右手結構3。

如圖2所示，頂層的覆銅金屬結構中，微帶貼片2位于覆銅金屬結構中央，且微帶貼片2的左右兩側各自與一條微帶饋線1連接；

左側的微帶饋線1向前彎折90°，右側的微帶饋線1向后彎折90°；

簡化對偶復合左右手結構3有兩對，每對簡化對偶復合左右手結構3中：一個簡化對偶復合左右手結構3設置在微帶貼片2的前側，另一個簡化對偶復合左右手結構3設置在微帶貼片2的后側；

微帶貼片2的左前和右后的簡化對偶復合左右手結構3均為方形的右手螺旋結構，微帶貼片2的右前和左后的簡化對偶復合左右手結構3均為方形的左手螺旋結構。

底層的覆銅金屬結構中，微帶貼片2位于覆銅金屬結構中央，且微帶貼片2的左右兩側各自與一條微帶饋線1連接；

左側的微帶饋線1向后彎折90°，右側的微帶饋線1向前彎折90°；

如圖2、圖3所示，簡化對偶復合左右手結構3有兩對，每對簡化對偶復合左右手結構3中：一個簡化對偶復合左右手結構3設置在微帶貼片2的前側，另一個簡化對偶復合左右手結構3設置在微帶貼片2的后側；

微帶貼片2的左前和右后的簡化對偶復合左右手結構3均為方形的右手螺旋結構，微帶貼片2的右前和左后的簡化對偶復合左右手結構3均為方形的左手螺旋結構；

即，如圖1所示，當把超寬帶耦合器翻面后，上層和下層的覆銅金屬結構一致。

中層的覆銅金屬結構的中心時刻有方槽的缺陷結構。

如圖2所示，微帶貼片2的寬度w1為6mm，寬度為15mm。

如圖2所示，方槽的長度l2為15mm，寬度w2為14mm。

如圖2、圖3所示，兩對簡化對偶復合左右手結構3之間的距離l1為7.7mm；

簡化對偶復合左右手結構3的覆銅金屬的寬度w3為0.2mm，縫隙的寬度s為0.2mm，最外圈的最大邊長l3為2.5mm，次長邊的長度l4為2mm，最內圈的寬度l5為0.8mm。

微帶饋線1的線阻抗為50ω；

介質基板結構采用聚四氟乙烯材料制成，且介電常數為2.55；

超寬帶耦合器的整體尺寸為40.52mm×22.76mm。

本發明的原理：通過在傳統超寬帶耦合器的基礎上，引入了平面螺旋簡化dcrlh結構。將頂層和底層的方形微帶貼片用平面螺旋簡化dcrlh結構代替，并將其設計成對稱的兩部分，新的貼片結構可使耦合器的整體尺寸更小更緊湊。另外，中間層的接地面上蝕刻有方槽來加強頂層與底層貼片間的耦合作用，從而實現超寬帶特性，方槽的長度與貼片相同，通過改變方槽的寬度可以調整耦合器的性能。

本發明的思想同樣適用于其他工作頻率，只需針對于不同的工作頻率，利用商業電磁仿真軟件(如ansyshfss)，對本耦合器進行建模仿真，調整參數，以適應所需頻率。

圖4為超寬帶耦合器仿真的散射參數曲線，由圖4可以看出，所設計耦合器在1-4ghz內的回波損耗和隔離度基本低于-20db，在1.5-4ghz之間的耦合度約為3±1.1db，在1-1.5ghz之間的耦合度較差，約為3±3db,帶內插損小于-1.7db。

綜上所述，本發明實施例提供了一種基于簡化對偶復合左右手結構的超寬帶耦合器，本發明提供的耦合器在傳統超寬帶耦合器的微帶貼片結構中加載了螺旋簡化dcrlh結構，新的貼片結構尺寸更小更緊湊；本發明提供的耦合器的兩層微帶貼片之間的共用接地面采用了方槽缺陷地結構，大大增強了頂層與底層貼片間的耦合作用，從而實現了超寬帶特性。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。