一种采用基片集成同轴线技术的双频枝节线耦合器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种采用基片集成同轴线SICL技术的双频枝节线耦合器，包括介质基片、上表面金属层、下表面金属层、耦合器的主体部分和接地共面波导，耦合器的主体部分由SICL传输线构成，包括四条四分之一波长电长度的枝节线、四条二分之一波长电长度的枝节线和四条端口线，耦合器的端口线通过金属通孔与接地共面波导连接。本发明的耦合器于所工作的频点在输入端口具有良好的回波损耗性能，在隔离端口具有良好的隔离度，并在两个输出端口具有良好的相同幅度及90°相位差的性能，且可以通过改变尺寸实现耦合器工作在不同的双频点。
【专利说明】一种采用基片集成同轴线技术的双频枝节线耦合器 【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于基片集成同轴线（Substrate Integrated Coaxial Line，SICL)技术的双频3-dB枝节线耦合器，属于无源微波器件领域。 【背景技术】
[0002] 微波毫米波无源器件是无线通信系统的重要组成部分。随着无线通信系统的快速 发展，对体积小、成本低、性能高和易于集成的无源器件产生了迫切的需求。在微波毫米波 系统中，为了在输出端口实现幅度相等、90°相位差，在输入端口满足低回波损耗等性能要 求，如威尔金森功分器、耦合器等各种形式的无源器件应运而生。传统的枝节线耦合器通常 使用微带线或带状线作为传输线，在高频时有带宽窄、损耗大等缺点，无法适用于双频工作 等场景。因此需要设计一种低损耗，且工作在双频的枝节线耦合器，满足微波毫米波系统的 需求。
[0003] 近些年来，一种新型传输线：基片集成同轴线SICL被提出并得到了广泛应用。 SICL是一种平面同轴线结构，由一条处于上下两层接地介质层间的信号导带和其两侧的两 排金属通孔组成。类似于普通的带状线，SICL中传输的是TEM模。中心导带两侧的金属通 孔避免了可能由于不连续性造成的平板模式的传输，因此减小了能量泄露和与其它导线间 的互耦。SICL可通过PCB工艺实现，因此易于同其它的平面电路结构集成。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为了在两个频点实现幅度相等、相位相差90°的功率分配特性，减小 在高频时的能量损耗，在输入端口实现较好的回波损耗性能，本发明提供了一种新型的基 于SICL技术的双频3-dB枝节线耦合器。
[0005] 技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
[0006] -种采用基片集成同轴线SICL技术的双频枝节线耦合器，包括介质基片、上 表面金属层、下表面金属层、稱合器的主体部分和接地共面波导（Grounded Co-Planar Waveguide，GCPW)，所述耦合器的主体部分包括四条四分之一波长电长度的枝节线、四条二 分之一波长电长度的枝节线和四条端口线，四分之一波长电长度的枝节线、二分之一波长 电长度的枝节线和端口线均由SICL传输线构成。
[0007] SICL传输线包括内导体信号线和外导体屏蔽层，外导体屏蔽层由内导体信号线两 侧的若干金属通孔、上表面金属层和下表面金属层构成。为了进一步减小能量泄漏，在SICL 传输线的内导体信号线两侧的金属通孔上可设置屏蔽金属层，所述屏蔽金属层与金属通孔 径向平行，并且与内导体信号线处于同一层。
[0008] 耦合器的主体部分的四条四分之一波长电长度的枝节线的内导体信号线首尾相 连组成矩形结构，四条二分之一波长电长度的枝节线的内导体信号线的一端分别与矩形结 构的四个角连接，另一端设有接地金属通孔，四条端口线的内导体信号线的一端分别与矩 形结构的四个角连接，另一端分别通过金属连接孔与一个GCPW连接。
[0009] 有益效果：本发明整个结构可采用传统印刷电路板（Printed circuit board, PCB)多层工艺实现，易于设计和集成。与传统的枝节线耦合器相比，本发明具有如下优点： 1、可在微波毫米波频段的两个频点上实现幅度相等、相位相差90°的功率分配特性。2、利 用SICL技术并在金属通孔中加入了屏蔽金属层，降低了能量泄露，提高了驻波性能和端口 间的隔离度。 【专利附图】
【附图说明】
[〇〇1〇] 图1为本发明耦合器的主体部分的电路模型；
[0011] 图2为本发明的俯视剖面示意图；
[0012] 图3为本发明的主视剖面示意图；
[0013] 图4为本发明所使用的SICL主视剖面示意图；
[0014] 图5为本发明所使用的SICL俯视剖面示意图；
[0015] 图6为本发明在低频处的S参数的仿真及实测结果；
[〇〇16] 图7为本发明在高频处的S参数的仿真及实测结果；
[〇〇17] 图8为本发明在低频处的相位差的仿真及实测结果；
[0018] 图9为本发明在高频处的相位差的仿真及实测结果。 【具体实施方式】
[〇〇19] 下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价 形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0020] 如图2、图3所示，本发明实施例公开一种利用PCB工艺实现的采用SICL技术的双 频枝节线耦合器，包括介质基片12、上表面金属层10、下表面金属层11、耦合器的主体部分 和GCPW6 (即有金属背板的共面波导），其中耦合器的主体部分的电路模型如图1所示。& 为馈电网络输入端的归一化特性阻抗，ZpZ 2和Z3分别为耦合器中特定枝节线的特性阻抗。 若所需双频点为和f2，则双频枝节线耦合器的电路模型的参数遵循以下公式：
【权利要求】
1. 一种采用基片集成同轴线技术的双频枝节线耦合器，其特征在于：包括介质基片、 上表面金属层、下表面金属层、耦合器的主体部分和接地共面波导GCPW，所述耦合器的主 体部分包括四条四分之一波长电长度的枝节线、四条二分之一波长电长度的枝节线和四条 端口线，所述四分之一波长电长度的枝节线、二分之一波长电长度的枝节线和端口线均由 SICL传输线构成。
2. 根据权利要求1所述的采用基片集成同轴线技术的双频枝节线耦合器，其特征在 于：所述SICL传输线的结构包括内导体信号线和外导体屏蔽层，外导体屏蔽层由设于内导 体信号线两侧的若干金属通孔、上表面金属层和下表面金属层构成。
3. 根据权利要求2所述的采用基片集成同轴线技术的双频枝节线耦合器，其特征在 于：耦合器的主体部分的四条四分之一波长电长度的枝节线的内导体信号线首尾相连组成 矩形结构，四条二分之一波长电长度的枝节线的内导体信号线的一端分别与矩形结构的四 个角连接，另一端设有接地金属通孔，四条端口线的内导体信号线的一端分别与矩形结构 的四个角连接，另一端分别通过金属连接孔与一个GCPW连接。
4. 根据权利要求2所述的采用基片集成同轴线技术的双频枝节线耦合器，其特征在 于：所述SICL传输线的结构还包括设置在内导体信号线两侧的金属通孔上的屏蔽金属层， 所述屏蔽金属层与金属通孔径向平行，并且与内导体信号线处于同一层。
5. 根据权利要求1-4任一项所述的采用基片集成同轴线技术的双频枝节线耦合器，其 特征在于：所述二分之一波长电长度的枝节线为弯折形状。
【文档编号】H01P5/12GK104091993SQ201410343208
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】王海明, 无奇, 余晨, 洪伟 申请人:东南大学