[发明专利]一种基于变容二极管内埋的基片集成波导连续移相器

说明书

技术领域

本发明专利涉及微波电路技术，特别是涉及相位连续可变的基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)移相器。

技术背景

基片集成波导(SIW)加工制作在介质基片上，其利用金属过孔实现类似于金属波导的电磁波传播特性，具有Q值高、传输损耗小、易于加工实现、体积小、成本低等优点，已经成为微波毫米波领域的研究热点。移相器作为一种重要的微波元器件，常应用于相控阵技术、测试设备、信号的正交分解等方面，其主要功能是引入相移特性从而对微波信号的相位进行调整。

在相关的研究报道中，主要采用三种方法实现基片集成波导移相器。2012年，K.Sellal基于内埋的PIN开关二极管实现了四位数字式基片集成波导步进移相器，参见文献K.Sellal,L.Talbi,and M.Nedil,“Design and implementation of a controllable phase shifter using substrate integrated waveguide,”IET Microw.Antennas Propag.,vol.6,no.9,pp.1090–1094,Apr.2012。

研究者Tao Yang设计了5种不同移相度数的基片集成波导移相器，利用微波开关选择需要的通道，参见文献T.Yang,M.Ettorre,and R.Sauleau,“Novel phase shifter design based on substrate integrated waveguide technology,”IEEE Microw.Wireless Compon.Lett.,vol.22,no.10,pp.518–520,Oct.2012.以上两种移相器都可以看做是数字式的移相器。

研究人员还研究了基于终端反射式的连续调节模拟移相器，外部电压控制变容二极管的容值，从而改变反射端面复反射系数，实现输出信号的相位变化，参见文献Yan Ding,and Ke Wu,“Varactor-tuned substrate integrated waveguide phase shifter,”Microwave Symposium Digest,IEEE Mtt-s International.IEEE,2011:1-4.但是这种反射式移相器电路结构较复杂，并需要设计3dB耦合器。

发明内容

针对上述存在问题或不足，本发明提出了一种基于变容二极管内埋的基片集成波导连续移相器，包括变容二极管、过渡结构、基片集成波导和外围电阻电容电感，其特征是：在基片集成波导上沿电磁波传播方向加工两列共四个非金属化通孔，其中心构成一个长方形，长方形的中心与基片集成波导的物理中心重合；非金属化通孔中均内埋变容二极管，二极管正极接地，负极与一个固定容值电容C1连接，C1容值大于变容二极管容值100倍，该固定容值电容C1的另一端接地；变容二极管的负极用细导线接出后，分别与扼流电感L1和限流电阻R1串联，同时与去耦电容C2并联接地，单个变容二极管的电容可变范围为0.23pF-1.46pF，等效串联电阻小于1Ω。

本发明的工作原理是：利用外部控制电压改变二极管的容值，导致基片集成波导内部的电场和磁场分布发生变化，迟滞或加快电磁场在基片集成波导中传播，从而实现移相功能。

本发明的有益结果是：结构简单，加工制作方便，可以利用现成的基片集成波导结构实现，不需要设计复杂的电路和结构形式。该移相器随调谐电压连续可调，带宽较宽，传输损耗小，反射系数小，方便集成在电路中。

附图说明

图1是本发明实施例基片集成波导部分的俯视图；

图2是本发明实施例的单个变容二极管安装侧面示意图；

图3是本发明实施例的变容二极管电压与容值的关系；

图4是本发明实施例的变容二极管容值与相位的关系；

图5是本发明实施例的传输参数；

图6是本发明实施例的反射系数；

附图标记：微带线-1、过渡结构-2、SIW本体-3、金属化通孔-4、非金属化通孔-5。

具体实施方式