一種連續可變型基片集成波導模擬移相器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明專利涉及微波電路技術，特別是連續可變型的基片集成波導(SubstrateIntegrated Waveguide, SIff)模擬移相器。
技術背景
[0002]移相器是一種重要的微波器件，主要功能是對某一頻率范圍的信號進行移相處理，常用于相控陣天線、測試設備、信號的正交分解等方面。移相器是一種二端口微波網絡，通過控制信號使網絡的輸入和輸出信號之間產生可變的相位差，按照不同的工作原理，可分為數字式移相器和模擬式移相器。
[0003]基片集成波導(SIW)是一種新穎的微波傳輸線，其利用金屬通孔在介質基片上獲得類似于波導的場傳播模式，具有Q值高、傳輸損耗小、易于加工實現、體積小、成本低等優點，現已成為微波毫米波領域的研宄熱點。
[0004]在相關的研宄報道中，基片集成波導移相器主要采用三種方法來實現。2012年，K.Sellal基于內埋的PIN開關二極管實現了四位數字式基片集成波導步進移相器，參見文獻 K.Sellal, L.Talbi, and Μ.Nedil, “Design and implementat1n of a controllablephase shifter using substrate integrated waveguide,，，IET Microw.AntennasPropag., vol.6, n0.9, pp.1090 - 1094, Apr.2012。
[0005]研宄者Tao Yang設計了 5種不同移相度數的基片集成波導移相器，利用微波開關選擇需要的通道，參見文獻 T.Yang, M.Ettorre, and R.Sauleau, “Novel phase shifterdesign based on substrate integrated waveguide technology,，，IEEE Microw.WirelessCompon.Lett., vol.22, n0.10, pp.518 - 520, Oct.2012。
[0006]以上兩種移相器都可以看做是數字移相器。此外，研宄人員還對基于終端反射式的連續調節模擬移相器進行了研宄，通過控制外部電壓來改變變容二極管的容值，從而改變反射端面復反射系數，實現輸出信號的相位變化，參見文獻Yan Ding, and Keffu, “Varactor-tuned substrate integrated waveguide phase shifter,，，MicrowaveSymposium Digest, IEEE Mtt-s Internat1nal.1EEE, 2011:1-4.但是這種反射式移相器電路結構較復雜，并需要設計3dB耦合器。
【發明內容】
[0007]針對上述存在問題或不足，本發明提供了一種連續可變型的基片集成波導模擬移相器，包括50 Ω特征阻抗微帶線、變容二極管、過渡結構、基片集成波導和外圍電阻電容電感；該移相器的結構特征是:輸入端為50Ω特征阻抗的微帶線，信號再經過渡結構饋到基片集成波導SIW。在工作于全模模式的SIW結構中，沿電磁場傳播方向開一條槽，槽長與SIW長度相同，寬度s < 1.5mm ;此槽線將基片集成波導分為兩個部分，包含過渡結構一側的SIW寬度為W，另一側寬度為C，過渡結構為凹陷的矩形，其沿電磁場傳播方向的長度1/3W ( Ix^ 2/3W,另一邊長度 1/5W ( I 2/3W。
[0008]將變容二極管和固定容值電容成對垂直于SIW分別安裝在槽線兩側，并且兩者連線和槽線垂直，每對變容二極管Vm和固定容值電容Cm的中心距離S < I 2mm，相鄰兩對變容二極管和固定容值電容之間的距離5mm ( Is^ 1mm0
[0009]外圍電阻電容電感:變容二極管的正極用焊錫在槽線一側接地，固定容值電容Cm的一端用焊錫在槽線另一側接地，變容二極管的負極和Cm的另一端通過焊錫連在一起，而后經過導線分別與扼流電感Ln和限流電阻Rn串聯，同時與去耦電容Cn并聯接地。Cm容值大于變容二極管最大容值100倍。
[0010]所述變容二極管和固定容值電容對數少于30對。
[0011]本發明的工作原理是:利用外部控制電壓改變二極管的容值，使基片集成波導在槽線兩側的電場分布發生變化，進而導致電磁場在基片集成波導中傳播的相位遲滯和/或超前，最終實現移相功能。
[0012]本發明的有益結果是:結構簡單，加工制作方便，成本低，可以利用現成的基片集成波導結構實現。該移相器的相位變化隨調諧電壓連續可變，帶寬較寬，傳輸損耗小，反射系數小，移相范圍大，方便集成在電路中。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明實施例基片集成波導部分的俯視圖；
[0014]圖2是本發明實施例的單個變容二極管安裝側面示意圖；
[0015]圖3是本發明實施例的變容二極管電壓與容值的關系；
[0016]圖4是本發明實施例的變容二極管容值與相位的關系；
[0017]圖5是本發明實施例的傳輸參數；
[0018]圖6是本發明實施例的反射系數；
[0019]附圖標記:金屬化通孔-1、過渡結構_2、變容二極管和固定容值二極管-3、SIff本體_4、槽線-5。
【具體實施方式】
[0020]連續可變型的基片集成波導模擬移相器實現在厚度為0.508mm的RT/Duroid4350的介質基片上，該基片相對介電常數為3.48，損耗角正切為0.0037。如圖1所示，輸入端為50Ω特征阻抗微帶線，信號經過渡結構饋到基片集成波導，在SIW結構中沿電磁場傳播方向開一條槽，槽長與SIW長度相同。此槽線將基片集成波導分為兩個部分，在槽線的左右兩邊分別以等間距Is垂直安裝兩排變容二極管V m和固定容值電容C m，為減少分布參數的影響，將選取微小封裝的器件(如0402封裝)。
[0021]圖2示出了變容二極管的安裝方法，將變容二極管的正極用焊錫在槽線一側接地，固定容值電容Cm的一端用焊錫在槽線另一側接地((^取10pF)。Cm的作用是隔離直流，同時減少對整個電路并聯等效電容值的影響。變容二極管的負極和Cm的另一端通過焊錫連在一起，而后經過導線分別與扼流電感Ln和限流電阻Rn串聯，同時與去耦電容Cn并聯接地。我們選擇單個變容二極管的容值變化范圍為0.23pF-2.lpF，等效串聯電阻小于I Ω。
[0022]本發明中的連續移相器在專業的電磁場仿真軟件中實現，采用Ansoft公司的高頻結構仿真軟件(High Frequency Structure Simulator, HFSS)進行建模仿真，參數定義如下:wms為微帶線寬度，I 微帶線長度，W為包含過渡結構一側的SIW寬度，C為另一側基片集成波導的寬度，Svp為金屬化通孔間距，dvp為金屬化通孔直徑，I為基片集成波導長度，s為槽寬，13為相鄰兩組變容二極管Va^P固定容值電容C ^勺間距，11為每對變容二極管Vm和固定容值電容C111的中心距，I x為過渡結構的寬，I y為過渡結構的長。經過優化仿真后，得到最佳參數尺寸，具體如下:wms= 1.12mm，I ms= 6mm，c = 3mm，w = 15mm，s vp= 0.75mm，d vp=0.5mm，I = 130mm，s = 0.5mm，Is= 8mm，I t= 1.4mm，I x= 6.5mm，I y= 5mm0
[0023]圖3給出了變容二極管的反向電壓與容值之間的關系，可以看出電壓與容值是成非線性反比的。圖4示出了移相器仿真的相位圖，圖5示出了移相器仿真的傳輸特性圖，圖6示出了移相器仿真的反射系數圖。
[0024]從仿真結果可以看出，當對應的變容二極管容值范圍為0.5pF-lpF時，該移相器可以在2.68-3.5GHz的頻率范圍內進行相位調節，相對帶寬為26.5%，電壓調節范圍為3-6.5V，移相范圍大于145°，傳輸參數優于_3dB，反射系數優于_10dB。
【主權項】
1.一種連續可變型的基片集成波導模擬移相器，包括50 Ω特征阻抗微帶線、變容二極管、過渡結構、基片集成波導SIW和外圍電阻電容電感，其特征在于:輸入端為50 Ω特征阻抗的微帶線，信號再經過渡結構饋到基片集成波導；在工作于全模模式的SIW結構中，沿電磁場傳播方向開一條槽，槽長與SIW長度相同，寬度S < 1.5mm ;此槽線將基片集成波導分為兩個部分，包含過渡結構一側的SIW寬度為W，另一側寬度為C，過渡結構為凹陷的矩形，其沿電磁場傳播方向的長度1/3W ( Ix^ 2/3W，另一邊長度1/5W ( I 2/3W ； 將變容二極管和固定容值電容成對垂直于SIW分別安裝在槽線兩側，并且兩者連線與槽線垂直，每對變容二極管Vm和固定容值電容Cm的中心距離s < I 2mm，相鄰兩對變容二極管和固定容值電容之間的距離5mm ( Is^ 1mm ； 外圍電阻電容電感:變容二極管的正極用焊錫在槽線一側接地，固定容值電容Cni的一端用焊錫在槽線另一側接地，變容二極管的負極和Cm的另一端通過焊錫連在一起，而后經過導線分別與扼流電感Ln和限流電阻Rn串聯，同時與去耦電容(^并聯接地，其中Cni容值大于變容二極管最大容值100倍。
2.如權利要求1所述連續可變型的基片集成波導模擬移相器，其特征在于:所述變容二極管和固定容值電容的對數小于30對。
3.如權利要求1或2任一所述連續可變型的基片集成波導模擬移相器，其特征在于:SIW選用厚度為0.508mm的RT/Duroid 4350，相對介電常數為3.48，損耗角正切為0.0037，0?取10pF ;其中Wms為微帶線寬度，I !^為微帶線長度，s %為金屬化通孔間距，(Ivp為金屬化通孔直徑，I為基片集成波導長度； 各參數的具體尺寸如下:wms= 1.12mm，I ms= 6mm，c = 3mm，w = 15mm，s vp= 0.75mm，Civp= 0.5mm，I = 130mm，s = 0.5mm，I s= 8mm，I t= 1.4mm，I x= 6.5mm，I y= 5mm0
【專利摘要】本發明涉及微波電路技術，特別涉及一種連續可變型的基片集成波導模擬移相器。包括50Ω特征阻抗微帶線、變容二極管、過渡結構、基片集成波導和外圍電阻電容電感；輸入端為50Ω特征阻抗的微帶線，信號再經過渡結構饋到基片集成波導。在SIW中，沿電磁場傳播方向開一條槽，此槽線將SIW分為兩個部分，包含過渡結構一側的SIW寬度為W，另一側寬度為C，過渡結構為凹陷的矩形。將變容二極管和固定容值電容成對垂直于SIW安裝在槽線兩側。該移相器的相位變化隨調諧電壓連續可變，帶寬較寬，傳輸損耗小，反射系數小，移相范圍大，方便集成在電路中。
【IPC分類】H01P1-185
【公開號】CN104716408
【申請號】CN201510138403
【發明人】彭浩, 肖龍, 楊濤, 朱建中, 王勇
【申請人】電子科技大學
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年3月27日