[发明专利]一种基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器及其设计方法

权利要求书

1.一种基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器，其特征在于：至少包括介质基板(2)、上层金属层(1)以及下层金属层(3)；所述上层金属层(1)和下层金属层(3)上形成半模基片集成波导传输线，在所述上层金属层(1)蚀刻有四条馈线(4)并分别与所述半模基片集成波导传输线相连接作为耦合器的输入端、直通端、隔离端和耦合端；所述半模基片集成波导传输线上表面通过贯穿介质基板和上下金属层的金属过孔阵列实现类分支线耦合器的结构以实现弱耦合特性；所述半模基片集成波导传输线上表面中心区域放置两段对称的短截线(11)以改善耦合器的方向性特性。

2.根据权利要求1所述的基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器，其特征在于：所述半模基片集成波导传输线上表面利用金属过孔排(51)和(52)在波导中轴线两端构成背靠背的半模集成波导结构，并且在金属过孔靠内侧一端布置两条垂直的金属过孔排(61)和(62)；其上表面中心位置挖出一个矩形区域(10)，在矩形区域(10)长边外侧分别形成一对金属过孔排(71)和(72)；所述矩形区域(10)的宽边两侧中心蚀刻出一对短截线(11)；通过上述结构构成了一对直通支路(8)和一对耦合支路(9)。

3.根据权利要求1或2所述的基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器，其特征在于：所述馈线(4)使用阶跃梯形结构来实现波导传输线与微带线之间的转换。

4.根据权利要求2所述的基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器，其特征在于：金属过孔排(51)和(52)的长度为9mm，金属过孔排(61)和(62)的长度为1.6mm；矩形区域(10)的长为16mm、宽为4mm；金属过孔排(71)和(72)的总长度为15.5mm；短截线(11)的长为4.85mm,宽为0.6mm。

5.根据权利要求3所述的基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器，其特征在于：所述馈线(4)包括梯形结构、四分之一圆环结构和矩形结构；梯形结构下底面和上底面分别为3.5mm和1.5mm，高为11mm；四分之一圆环结构和矩形结构宽度为1.5mm；所述馈线(4)分别设于上层金属层(1)左上、左下、右上和右下位置，并且通过梯形结构的下底面与波导上表面边缘相连接。

6.根据权利要求3所述的基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器，其特征在于：介质基板(2)采用Rogers 5880板材，介电常数为2.2，长为88mm，宽为30mm，损耗角正切值为0.0009，厚度为0.508mm；基板上层金属层(1)和下层金属层(3)分别为厚度0.035mm的铜。

7.根据权利要求3所述的基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器，其特征在于：

所述半模基片集成波导传输线的截止频率和具体尺寸分别为：

其中f_mn代表半模基片集成波导的谐振频率；c表示自由空间中的光速；ε_r和μ_r分别代表基片的相对介电常数和磁导率；W_eff和L_eff分别代表基片集成波导的宽度和长度；W表示等效的矩形波导的宽度；d和p分别代表组成基片集成波导的金属过孔的直径和过孔之间间隙的长度；W_H代表所述半模基片集成波导的宽度。