一種X波段SIW微帶輸出結構的3dB功率分配器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微波無源器件領域，涉及傳輸線技術。
【背景技術】
[0002]微波功率分配器作為現代微波通信系統、雷達系統以及電子對抗等系統中的重要無源器件，在整個系統中占據著相當重要的地位。它的功能是將輸入端的功率按照要求分成相等或者不相等的幾路功率進行傳輸，以達到功率分配之目的；反過來，如果把多個端口作為輸入端，則會將多路功率傳輸至一路進行功率疊加，成為功率合成器。常見功率分配器有傳統式金屬波導型、純微帶線型功率分配器等。
[0003]金屬波導型功率分配器體積較大，不易實現與各種平面電路的集成；純微帶線型結構由于電場部分向外輻射，損耗較大，品質因素低，功率容量低。
[0004]基片集成波導SIW(Substrate Integrated Waveguide)功率分配器是一種新型結構的微波傳輸線，它是一種兼顧傳統金屬波導和微帶型優點的傳輸結構，它體積小，易于與平面電路集成，損耗小，品質因素高，功率容量高，有“波導的性能，微帶的體積”之稱。目前的SIW功分器的結構是在輸出端口處往橫向方向設計輸出結構，該結構的尺寸會向橫向延伸，導致橫向尺寸變大，在某些空間條件下不易實現集成。
【發明內容】
[0005]針對上述存在問題或不足，本發明提供了一種X波段(8.2-12.4GHz頻段)SIff微帶輸出結構的3dB功率分配器，包括輸入端、輸出端和SIW本體，其結構特征是:在SIW本體的輸出端設有一個將介質層從層中間處等分的中間銅層，輸出端采用上下兩層對稱的微帶線輸出，所述中間銅層起始位置在SIW輸出口處，寬度為介質基板寬度，長度是匹配段長度與微帶線長度之和；上下兩個微帶線結構、尺寸參數相同。
[0006]所述輸入端采用共面波導或微帶線饋入。
[0007]所述輸出端匹配段采用錐形匹配、切比雪夫匹配或拋物線匹配。
[0008]該分配器的設計方案如下:
[0009]步驟一、根據X波段矩形波導與圓孔SIW的尺寸等效經驗公式，得出X波段SIW傳輸線的各個參數:中心頻率為10GHz，金屬通孔直徑d，相鄰金屬通孔孔間距S，兩排金屬孔之間寬度w，介質層厚度h，SIff本體銅層和中間銅層的厚度均為t ；
[0010]步驟二、選定d和s的尺寸，根據理論計算結果在HFSS中建模，優化W，得到傳輸線尺寸的值；
[0011]步驟三、根據微波技術理論，設計特性阻抗為50歐姆的微帶線，確定微帶線的尺寸:微帶線寬度wl，微帶線厚度hi = h/2-t/2 ；
[0012]步驟四、根據匹配原理，并結合上面所得的SIW和微帶線尺寸，設計SIW與微帶線的錐形匹配段，匹配段一端的寬度即是微帶線寬度wl，另一端寬度為《2，匹配段長度為L ;
[0013]步驟五、在SIW模型基礎上建立整個功率分配器模型，并優化參數，得到傳輸線尺寸。
[0014]本發明使用三維電磁仿真軟件HFSS，對模型進行仿真以得到較為準確的結果。
[0015]本發明的有益效果是，通過上下兩層微帶線作為SIW等功率輸出端口，實現了功率等額分配需求的同時，具有橫向體積小、損耗較小的優點，并且在設計平面電路的各種微波器件時，有了一種新的結構選擇方案。
【附圖說明】
[0016]圖1是X波段SIW功率分配器的輸入端視角立體圖；
[0017]圖2是X波段SIW功率分配器的輸出端視角立體圖，上下都是微帶線對稱結構；
[0018]圖3是X波段SIW功率分配器的俯視透視圖，SIff結構透明；
[0019]圖4是X波段SIW功率分配器的側視圖；
[0020]圖5是X波段SIW傳輸線最終結果仿真S11參數；
[0021 ]圖6是X波段SIW傳輸線最終結果仿真S21參數；
[0022]圖7是X波段SIW功率分配器最終結果仿真S11參數，在1GHz時匹配良好；
[0023]圖8是X波段SIW功率分配器3dB S21參數(包含各種損耗)；
[0024]圖9是X波段SIW功率分配器3dB S31參數(包含各種損耗)。
【具體實施方式】
[0025]步驟一、根據X波段矩形波導與圓孔SIW的尺寸等效經驗公式，得出X波段SIW功率分配器的各參數:選定d、s的值，金屬通孔直徑d = 1.2_，金屬通孔孔間距s = 2.1mm,計算得w = 13.6mm，中心頻率10GHz，銅層厚度t = 0.05mm。介質基板為Rogers_3003，參數為:相對介電常數為3，損耗正切為0.0013，基板厚度h = Imm ;
[0026]步驟二、根據尺寸參數在HFSS軟件中建立模型，再對w小范圍參數掃描，得w值為13.2mm ；
[0027]步驟三、由微波技術理論設計50歐姆微帶線，微帶線寬度wl = 1.17mm，厚度hi =0.475mm ；
[0028]步驟四、SIW到微帶線通過一個錐形匹配段過渡，優化后得到參數w2 = 3mm，L =5.8mm ；
[0029]步驟五、在SIW輸出口處介質層層中間嵌入一層厚度為t = 0.05mm的中間銅層，銅層起始位置在輸出端口處，銅層寬度為介質基板寬度16_，長度為錐形匹配段長度與微帶線長度之和，為1mm ；
[0030]步驟六、加入微帶線輸入端。
[0031]通過三維電磁仿真軟件HFSS對功率分配器的仿真，得到了較為良好的結果，結果見附圖。
【主權項】
1.一種X波段SIW微帶輸出結構的3dB功率分配器，包括輸入端、輸出端和SIW本體，其特征在于:在SIW本體的輸出端設有一個將介質層從層中間處等分的中間銅層，輸出端采用上下兩層對稱的微帶線輸出，所述中間銅層起始位置在SIW輸出口處，寬度為介質基板寬度，長度是匹配段長度與微帶線長度之和；上下兩個微帶線結構、尺寸參數相同。
2.如權利要求1所述X波段SIW微帶輸出結構的3dB功率分配器，其特征在于:所述輸入端采用共面波導或微帶線饋入。
3.如權利要求1所述X波段SIW微帶輸出結構的3dB功率分配器，其特征在于:所述輸出端匹配段采用錐形匹配、切比雪夫匹配或拋物線匹配。
4.如權利要求1所述X波段SIW微帶輸出結構的3dB功率分配器，其設計方案如下: 步驟一、根據X波段矩形波導與圓孔SIW的尺寸等效經驗公式，得出X波段SIW傳輸線的各個參數:中心頻率為10GHz，金屬通孔直徑d，相鄰金屬通孔孔間距S，兩排金屬孔之間寬度W，介質層厚度h，SIff本體銅層和中間銅層的厚度均為t ； 步驟二、選定d和s的尺寸，根據理論計算結果在HFSS中建模，優化W，得到傳輸線尺寸的值； 步驟三、根據微波技術理論，設計特性阻抗為50歐姆的微帶線，確定微帶線的尺寸:微帶線寬度wl，微帶線厚度hi = h/2-t/2 ； 步驟四、根據匹配原理，并結合上面所得的SIW和微帶線尺寸，設計SIW與微帶線的錐形匹配段，匹配段一端的寬度即是微帶線寬度wl，另一端寬度為《2，匹配段長度為L ;步驟五、在SIW模型基礎上建立整個功率分配器模型，并優化參數，得到傳輸線尺寸。
【專利摘要】本發明屬于微波無源器件領域，涉及傳輸線技術。尤其涉及一種X波段(8.2-12.4GHz頻段)SIW微帶輸出結構的3dB功率分配器，包括輸入端、輸出端和SIW本體，其結構特征是：在SIW本體輸出端設有一個將介質層從層中間處等分的中間銅層，輸出端采用上下兩層對稱的微帶線輸出，中間銅層起始位置在SIW輸出口處，寬度為介質基板寬度，長度是匹配段長度與微帶線長度之和；上下兩個微帶線結構、尺寸參數相同。本發明實現了功率等額分配，具有橫向體積小、損耗較小的優點，并且在設計平面電路的各種微波器件時，有了一種新的結構選擇方案。
【IPC分類】H01P5-16
【公開號】CN104810590
【申請號】CN201510195518
【發明人】鄧龍江, 陳虹宇, 汪曉光, 謝海巖
【申請人】電子科技大學
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月23日