一種加載矩形空氣槽的寬帶基片集成波導(dǎo)siw移相器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 移相器是微波毫米波電路與系統(tǒng)中的關(guān)鍵模塊之一，其廣泛應(yīng)用在相控陣波束 形成、正交電路設(shè)計(jì)、測(cè)試儀器設(shè)備等方面。加載矩形空氣槽的基片集成波導(dǎo)（Substrate Integrated Waveguide, SIW)移相器可W應(yīng)用在基片集成波導(dǎo)（電路）中，W實(shí)現(xiàn)整體設(shè)計(jì) 和寬帶移相功能。 技術(shù)背景
[0002] 基片集成波導(dǎo)SIW是一種新的微波傳輸線形式，利用制作在介質(zhì)基板上的金屬通 孔實(shí)現(xiàn)類似于金屬波導(dǎo)的場(chǎng)傳播模式。SIW是介于微帶和介質(zhì)填充金屬波導(dǎo)之間的一種傳 輸線，兼顧傳統(tǒng)波導(dǎo)和微帶傳輸線的優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)高性能的微波毫米波平面電路結(jié)構(gòu)形式。
[0003] 移相器是一種非常重要的微波模塊，用于對(duì)信號(hào)的相位進(jìn)行調(diào)整。移相器的帶寬 是一個(gè)極其關(guān)鍵的性能指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)盡可能寬的帶寬是研究的一個(gè)重要方向。另一方面，寬帶 移相器的實(shí)現(xiàn)較困難，尤其是實(shí)現(xiàn)在SIW中的寬帶移相器不多見，運(yùn)已經(jīng)嚴(yán)重限制了 SIW在 微波毫米波電路與系統(tǒng)中的應(yīng)用。故對(duì)寬帶基片集成波導(dǎo)移相器的需求非常迫切。
[0004] 在現(xiàn)有的研究報(bào)道中，寬帶型基片集成波導(dǎo)移相器主要有=種方式實(shí)現(xiàn)。研究 者化Jian化eng基于延遲線和不等寬SIW結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自補(bǔ)償型寬帶移相功能，參見文獻(xiàn) Y. J. Cheng, W. Hong, K. Wu, "Broadband self-compensating phase shifter combining delay line and equal-length unequal-width phaser, "IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2010, 58(I):203-210〇
[0005] 研究人員T. Djerafi基于陣列小孔實(shí)現(xiàn)可變的人工介電常數(shù)，從而引起相位 變化實(shí)現(xiàn)移相功能。參見文獻(xiàn) T. Djerafi, K. Wu, S. 0. Tatu, "Substrate-integrated waveguide phase shifter with rod-loaded artificial dielectric slab, 'Electronics Letters, 2015, 51巧）：707-709。
[0006] 研究者M(jìn).化r址impour i設(shè)計(jì)了內(nèi)嵌'Q '形微型圖案，在保證寬帶移相性能 的情況下縮小了器件體積，但插入損耗較大。參見文獻(xiàn)M.化r址impouri, S.化kme虹，A. Pourziad, "Broadband Compact SIW Phase Shifter Using Omega Particles, " IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2014, 24(11) :1-3。
[0007] W上=種方法中，對(duì)于45°移相范圍來說，第一種方法實(shí)現(xiàn)的移相器帶寬為 50% (24~40細(xì)z，45?！?.5° )，第二種方法實(shí)現(xiàn)的移相器帶寬為46.1% (20~32 GHz，45?！?.5° )，第S種方法實(shí)現(xiàn)的移相器帶寬約為60.2% (仿真結(jié)果為4. 487~ 8. 355GHz，45?！?. 5°。未明確給出實(shí)測(cè)結(jié)果）；對(duì)于90。移相范圍來說，第一種方法實(shí)現(xiàn) 的移相器帶寬為45. 1% (25. 11~39. 75 GHz, 90?！?. 5° )，第二種方法實(shí)現(xiàn)的移相器帶 寬為46. 1% (20~32 GHz，89. 5?！?° )。第S種方法實(shí)現(xiàn)的移相器帶寬約為55% (仿 真結(jié)果為4. 2~7. 385 GHz,90?！?°。未明確給出實(shí)測(cè)結(jié)果）。
[0008] 第一種移相器基于延遲線和不等寬SIW結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相位的自補(bǔ)償，雖然具有良好的 幅度相位特性，但其參照的相位基準(zhǔn)是變化的，即理論上沒有固定的零相位參考值，在實(shí)際 應(yīng)用中會(huì)由于多個(gè)零相位參考值導(dǎo)致系統(tǒng)變得復(fù)雜和冗余；第二種移相器的帶寬在其定義 的移相精度范圍內(nèi)還有待提高；第=種移相器的插入損耗比較大（約-5地），且測(cè)試帶寬較 窄，實(shí)用性有待商権。運(yùn)=種方法都有自身的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對(duì)上述存在問題或不足，為了既能實(shí)現(xiàn)較寬的頻率帶寬，又具有較低插入損耗 和固定零相位參考值，本發(fā)明提出了一種加載矩形空氣槽的寬帶基片集成波導(dǎo)SIW移相 器。
[0010] 該SIW移相器，包括支路一和支路二兩個(gè)典型的SIW電路結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特征是：
[0011] 支路一對(duì)應(yīng)于參考的零相位；支路二電路結(jié)構(gòu)中的SIW本體上還設(shè)有N個(gè)矩形空 氣槽，對(duì)應(yīng)于所需的移相度數(shù)，0<N<30。
[0012] 各支路中的SIW本體和微帶線均通過一個(gè)漸變的過渡結(jié)構(gòu)連接，該漸變過渡結(jié)構(gòu) 與基片集成波導(dǎo)本體銜接邊的上下各引入一個(gè)匹配通孔，并金屬化，共計(jì)4個(gè)，且4個(gè)匹配 通孔的幾何中屯、與SIW主體的幾何中屯、重合。
[0013] 所述矩形空氣槽設(shè)置于垂直電磁波傳播方向，且各矩形空氣槽平行等距排列；Ls2 為支路二SIW本體結(jié)構(gòu)的總長(zhǎng)度，Wc為矩形空氣槽的寬度，Ld為相鄰矩形空氣槽的間距， Lc為矩形空氣槽的長(zhǎng)度，Ws2為支路二兩行平行通孔的行間距，矩形空氣槽上下貫通、側(cè)壁 不金屬化且不與平行通孔相交lx<Ws2, N*化d+Wc)-Ld<Ls2。
[0014] 所述支路二還包括一個(gè)與其SIW本體大小相適應(yīng)的單面金屬化介質(zhì)PCB蓋板，該 蓋板的金屬化面與SIW本體緊貼，并完全覆蓋所有矩形空氣槽W防止電磁波的泄漏。
[0015] 所述支路二的微帶線長(zhǎng)度Lm2大于支路一的微帶線長(zhǎng)度Lml,支路二的SIW本體寬 度Ws2大于支路一的SIW本體寬度Wsl, W形成兩支路的相位差。
[0016] 對(duì)于支路一和支路二的長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)ml和Lm2的微帶線來說，其相位差為：
[0017]
(U
[0018] 其中e。代表等效介電常數(shù)，其是介質(zhì)板介電常數(shù)et，微帶線線寬和介質(zhì)板板厚 的函數(shù)。
[0019] 對(duì)于支路一和支路二中，寬度分別為Wsl和Ws2的基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來說，其相位 差為：
[0021]其中e。。代表包含空氣槽的SIW結(jié)構(gòu)等效介電常數(shù)，其是介質(zhì)板介電常數(shù)ef和 空氣槽物理尺寸的函數(shù)。
[0022] 那么移相器總的移相度數(shù)為：
[0023]
(3)
[0024] 對(duì)于給定的移相度數(shù)，可W預(yù)先選定SIW的寬度Wsl和Ws2, SIW的長(zhǎng)度Lsl和Ls2， 空氣槽的物理尺寸Lc，Ld和Wc，通過式（1)-(3)確定微帶線長(zhǎng)度Lml和Lm2。
[0025] 本發(fā)明的移相器利用相同長(zhǎng)度不同寬度的基片集成波導(dǎo)、不同長(zhǎng)度的微帶線和加 載的矩形空氣槽實(shí)現(xiàn)移相器的相移，前兩種措施產(chǎn)生的相移量與頻率變化趨勢(shì)