[发明专利]支持微波毫米波频段协同工作的功率分配器及其设计方法

权利要求书

1.一种支持微波毫米波频段协同工作的功率分配器，其特征在于，包括从上至下依次排布的五层结构：第一层为微带分支线(101)，第二层为第一基板(102)，第三层为金属地层(103)，第四层为第二基板(104)，第五层为微带单元(105)；其中，第三层金属地层(103)上刻有四条开槽(106)，第三层金属地层(103)上设置有加载金属化过孔(200)的“十”字形基片集成波导结构(300)；

所述微带分支线(101)包括四条端口线A1-A4，微带开路支节B1-B4、微带低阻抗扇形片状单元C1-C4和四条微带分支线D1-D4；微带开路支节B1-B4分别并联在四条端口线A1-A4上，微带低阻抗扇形片状单元C1-C4分别加载在四条端口线A1-A4上；第一层的微带分支线(101)、第二层的第一基板(102)和第三层的金属地(103)以及金属地上的四条开槽(106)一同构成工作于微波波段的正交耦合器。

2.根据权利要求1所述的支持微波毫米波频段协同工作的功率分配器，其特征在于，所述“十”字形基片集成波导结构(300)构成毫米波波段的正交耦合器，它由第三层金属地(103)以及刻在金属地上的四条开槽(106)、第四层的介质基板(104)、第五层的微带单元(105)和金属化过孔(200)组成。

3.根据权利要求1所述的支持微波毫米波频段协同工作的功率分配器，其特征在于，所述支持微波毫米波频段协同工作的功率分配器由工作于微波段和毫米波波段的功率分配器组成；微波、毫米波频段的功率分配器共用同一金属地(103)，金属地上的四条开槽(106)可在抑制微波器件在毫米波频段谐波的同时，还能激励起毫米波功率分配器的响应。

4.根据权利要求1所述的支持微波毫米波频段协同工作的功率分配器，其特征在于，所述四条端口线A1-A4中，A1与A3共线，A2与A4共线，两组端口线互相垂直，四条并联在端口线A1-A4上的微带开路支节B1-B4分别处于金属地(103)上四条开槽(106)的正上方，其大小一致、尺寸也与开槽相同。

5.根据权利要求2所述的支持微波毫米波频段协同工作的功率分配器，其特征在于，所述金属化过孔(200)由若干圆心距离第五层微带单元(105)边缘2*R_viamm用于构成基片集成波导结构的金属化过孔H，16个用于调节端口阻抗匹配的金属化过孔F1-F4和两个用于调节毫米波耦合器耦合系数的金属化过孔G1-G2组成；金属化过孔H、F1-F4以四条端口线A1-A4所在直线为对称轴，均匀且对称地分布，金属化过孔G1-G2沿着对称轴交点呈中心对称分布；所有金属化过孔大小相同，其一端与第三层金属地(103)相接，另一端与第五层微带单元(105)相接。

6.根据权利要求3所述的支持微波毫米波频段协同工作的功率分配器，其特征在于，所述微波和毫米波频段的功率分配器其响应互相独立，互不影响，可任意设置微波、毫米波频段的工作频率；可独立设计微波、毫米波段的功率分配功能包括但不限于微波波段可由单频正交耦合器替换成双频正交耦合器并且不会对毫米波器件的响应有影响，毫米波波段的正交耦合器可单独设计成不同功分比的毫米波正交耦合器或者是三端口的功分器并且不会对微波器件的响应有影响。

7.根据权利要求1所述的支持微波毫米波频段协同工作的功率分配器，其特征在于，所述微带分支线(101)和“十”字形基片集成波导结构(300)，均采用微带工艺分别固定在第一基板(102)和第二基板(104)上，第一基板(102)和第二基板(104)均为介质材料基板，介质基板均采用厚度为0.254mm的Rogers RT/Duroid 5880材料，其介电常数为2.2。

8.根据权利要求1所述的支持微波毫米波频段协同工作的功率分配器，其特征在于，所述金属地层(103)为铺满良导体的金属地层。

9.一种设计如权利要求1-8任一项所述的支持微波毫米波频段协同工作的功率分配器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：设计工作于微波波段的耦合器，根据所需的微波波段中心频率，介质基板的相对介电常数，计算经典微带分支线耦合器各分支端口线D1-D4的线宽和长度，其中，D1与D3尺寸相同、D2与D4尺寸相同，向内折叠分支线使结构紧凑；

S2：设置端口线上的四个微带低阻抗扇形片状单元C1-C4的长度为毫米波频段中心频率时的四分之一波长，设置金属地(103)上的四条开槽E1-E4的初始长度为毫米波频段中心频率时的半波长，保持开槽的宽度相对较窄以降低电磁信号从微带线经由开槽传输到基片集成波导内可能存在的辐射损耗；

S3：在不加入毫米波电路的情况下，微调四条开槽E1-E4的尺寸、位置以使得微波电路在目标毫米波频段处有较好的谐波抑制效果；

S4：设计工作于毫米波波段的功率分配器，计算毫米波频率下的基片集成波导的宽度，设置四条基片集成波导臂的初始长度为毫米波频段中心频率时的一个波长，微调开槽E1-E4和感性金属化过孔F1-F4、G1-G2的位置以得到毫米波波段的目标功分比和阻抗匹配。