基于介质柱的基片集成波导移相器

本发明属于信号处理移相电路，涉及基于介质柱的基片集成波导移相器。

背景技术：

1、目前，移相器分为可调无源和有源移相器。与有源移相器相比，无源移相器具有零直流功耗和高线性度的优势，这对于大规模相控阵系统至关重要。开关型移相器和反射型移相器是毫米波频率下广泛使用的两种无源移相器。

2、开关型移相器由级联单元组成，由cmos开关进行数字控制，通过级联足够的电池来实现360°相移，但是，cmos开关致使高分辨率开关型移相器的插入损耗较高。

3、反射型移相器与开关型移相器相比的优势在于：能连续相移、低插入损耗以及尺寸紧凑。通常，反射型移相器由一个3db定向耦合器和两个相同的反射负载组成，它们连接到直通端口和耦合端口。反射型移相器的相移由可调的无源反射负载引入，相移范围由反射负载的调谐范围决定。

4、在反射性移相器中，大多数可调siw移相器是通过用pin二极管或变容二极管代替感应过孔来实现。通过打开和关闭pin二极管，可以改变负载状态，从而改变siw的相位。然而，二极管需要偏置电压会增加功耗。此外，它们还存在高插入损耗、非线性相移和相对较大的相位偏差等缺点。镓基液态金属也用于设计可调移相器，通过在siw的不同的通孔中填充液态金属实现相位调控。然而，为了实现移相液态金属在不同通孔间不断填充/移除的操作过程较为繁琐，需要额外的人工成本。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供基于介质柱的基片集成波导移相器，解决了现有技术中移相器损耗大以及调控流程繁琐的问题。

2、本发明所采用的技术方案是，基于介质柱的基片集成波导移相器，包括由下到上依次设置的金属地板、介质基板，介质基板一端并列设置有输入端口和隔离端口，介质基板另一端分别与输入端口和隔离端口呈对称设置有直通端口和耦合端口，介质基板位于输入端口、隔离端口、直通端口和耦合端口之间集成有基片集成波导，基片集成波导上对应直通端口和耦合端口的位置处分别可拆卸设置有第一介质柱和第二介质柱。

3、本发明的特征还在于，

4、基片集成波导包括在介质基板上位于输入端口、隔离端口、直通端口和耦合端口之间的金属板，金属板与介质基板以及金属地板等宽，金属板宽度方向的两侧呈对称均设置有一排金属化通孔，两排金属化通孔之间的两端呈对称各设置有一排公共金属化通孔，金属板上靠近直通端口和耦合端口的一端与直通端口和耦合端口对应分别可拆卸设置第一介质柱和第二介质柱。

5、金属地板与介质基板等长。

6、介质基板上对应金属化通孔和公共金属化通孔的两端也设置有金属化通孔和公共金属化通孔且与金属板上的金属化通孔和公共金属化通孔连成对应的排状，成排的金属化通孔在介质基板长度和宽度方向均呈对称设置。

7、隔离端口作为输出端口，输入端口和隔离端口在介质基板上以介质基板长度方向的中心线为对称轴对称分布，输入端口、隔离端口、直通端口、耦合端口结构相同，均包括微带线以及与金属板连接的梯形的过渡结构，微带线包括集成在介质基板上矩形的金属板a，金属板a一端与其在介质基板上长度方向的设置端对齐，金属板a一端的另一端与过渡结构连接，过渡结构集成在介质基板上，过渡结构远离金属板a的一端连接在金属板对应的一侧，过渡结构与微带线矩形金属板a连接处的腰宽与矩形金属板a的宽度相等，过渡结构的梯形腰宽从靠近微带线的一端到远离微带线的一端逐渐增大。

8、第一介质柱和第二介质柱的半径为1.2mm，第一介质柱和第二介质柱以金属板的长边中心线为对称轴呈对称分布。

9、金属板、公共金属化通孔、金属化通孔以及金属地板均采用铜制作。

10、介质基板采用材料的介电常数为rogers rt/duroid 6006，相对介电常数为6.15，损耗正切角为0.0019。

11、介质基板的长度为82mm，宽度为21.65mm，输入端口、隔离端口、直通端口、耦合端口中矩形金属板a的宽度为1.5mm，长度为10mm，过渡结构与金属板a连接处的腰宽为1.5mm，过渡结构连接金属板的一端腰宽为2mm，过渡结构梯形的高为11mm，位于两排金属化通孔之间两端的两排公共金属化通孔最靠近另一排的两个公共金属化通孔之间的间距为20.4mm，同一排相邻两个公共金属化通孔之间的间距为0.75mm，成排的金属化通孔和成排的公共金属化通孔的排距为6.825mm，公共金属化通孔的半径为0.1mm，金属化通孔的半径为0.15mm。

12、第一介质柱和第二介质柱的中心线到金属板长边中心线之间的距离为3.41mm，第一介质柱和第二介质柱的中心线到对应一侧的金属板边缘的距离为2mm。

13、本发明的有益效果是：

14、本发明不需要电力驱动进行调控，通过更换不同介质的第一介质柱和第二介质柱，实现移相器的相移，损耗小，且本发明的两个介质柱位置固定，相比于多个孔，本发明只需要在固定的两个位置进行调控，因此调控流程简单。

技术特征：

1.基于介质柱的基片集成波导移相器，其特征在于，包括由下到上依次设置的金属地板(9)、介质基板(5)，所述介质基板(5)一端并列设置有输入端口(1)和隔离端口(2)，所述介质基板(5)另一端分别与输入端口(1)和隔离端口(2)呈对称设置有直通端口(3)和耦合端口(4)，所述介质基板(5)位于输入端口(1)、隔离端口(2)、直通端口(3)和耦合端口(4)之间集成有基片集成波导，基片集成波导上对应直通端口(3)和耦合端口(4)的位置处分别可拆卸设置有第一介质柱(10)和第二介质柱(11)。

2.根据权利要求1所述的基于介质柱的基片集成波导移相器，其特征在于，所述基片集成波导包括在介质基板(5)上位于输入端口(1)、隔离端口(2)、直通端口(3)和耦合端口(4)之间的金属板(6)，所述金属板(6)与介质基板(5)以及金属地板(9)等宽，所述金属板(6)宽度方向的两侧呈对称均设置有一排金属化通孔(7)，两排所述金属化通孔(7)之间的两端呈对称各设置有一排公共金属化通孔(8)，所述金属板(6)上靠近直通端口(3)和耦合端口(4)的一端与所述直通端口(3)和耦合端口(4)对应分别可拆卸设置所述第一介质柱(10)和第二介质柱(11)。

3.根据权利要求2所述的基于介质柱的基片集成波导移相器，其特征在于，所述金属地板(9)与所述介质基板(5)等长。

4.根据权利要求2所述的基于介质柱的基片集成波导移相器，其特征在于，介质基板(5)上对应金属化通孔(7)和公共金属化通孔(8)的两端也设置有金属化通孔(7)和公共金属化通孔(8)且与金属板(6)上的金属化通孔(7)和公共金属化通孔(8)连成对应的排状，成排的金属化通孔(7)在介质基板(5)长度和宽度方向均呈对称设置。

5.根据权利要求3所述的基于介质柱的基片集成波导移相器，其特征在于，所述隔离端口(2)作为输出端口，输入端口(1)和隔离端口(2)在介质基板(5)上以介质基板(5)长度方向的中心线为对称轴对称分布，所述输入端口(1)、隔离端口(2)、直通端口(3)、耦合端口(4)结构相同，均包括微带线以及与金属板(6)连接的梯形的过渡结构，所述微带线包括集成在介质基板(5)上矩形的金属板a，所述金属板a一端与其在介质基板(5)上长度方向的设置端对齐，所述金属板a一端的另一端与过渡结构连接，所述过渡结构集成在所述介质基板(5)上，过渡结构远离金属板a的一端连接在金属板(6)对应的一侧，所述过渡结构与微带线矩形金属板a连接处的腰宽与矩形金属板a的宽度相等，过渡结构的梯形腰宽从靠近微带线的一端到远离微带线的一端逐渐增大。

6.根据权利要求4所述的基于介质柱的基片集成波导移相器，其特征在于，所述第一介质柱(10)和第二介质柱(11)的半径为1.2mm，所述第一介质柱(10)和第二介质柱(11)以金属板(6)的长边中心线为对称轴呈对称分布。

7.根据权利要求6所述的基于介质柱的基片集成波导移相器，其特征在于，所述金属板(6)、公共金属化通孔(8)、金属化通孔(7)以及金属地板(9)均采用铜制作。

8.根据权利要求6所述的基于介质柱的基片集成波导移相器，其特征在于，所述介质基板(5)采用材料的介电常数为rogers rt/duroid 6006，相对介电常数为6.15，损耗正切角为0.0019。

9.根据权利要求6所述的基于介质柱的基片集成波导移相器，其特征在于，所述介质基板(5)的长度为82mm，宽度为21.65mm，所述输入端口(1)、隔离端口(2)、直通端口(3)、耦合端口(4)中矩形金属板a的宽度为1.5mm，长度为10mm，所述过渡结构与金属板a连接处的腰宽为1.5mm，所述过渡结构连接金属板(6)的一端腰宽为2mm，所述过渡结构梯形的高为11mm，位于两排所述金属化通孔(7)之间两端的两排公共金属化通孔(8)最靠近另一排的两个公共金属化通孔(8)之间的间距为20.4mm，同一排相邻两个公共金属化通孔(8)之间的间距为0.75mm，成排的金属化通孔(7)和成排的公共金属化通孔(8)的排距为6.825mm，所述公共金属化通孔(8)的半径为0.1mm，所述金属化通孔(7)的半径为0.15mm。

10.根据权利要求6所述的基于介质柱的基片集成波导移相器，其特征在于，所述第一介质柱(10)和第二介质柱(11)的中心线到金属板(6)长边中心线之间的距离为3.41mm，所述第一介质柱(10)和第二介质柱(11)的中心线到对应一侧的金属板(6)边缘的距离为2mm。

技术总结本发明公开了基于介质柱的基片集成波导移相器，包括由下到上依次设置的金属地板、介质基板，介质基板一端并列设置有输入端口和隔离端口，介质基板另一端分别与输入端口和隔离端口呈对称设置有直通端口和耦合端口，介质基板位于输入端口、隔离端口、直通端口和耦合端口之间集成有基片集成波导，基片集成波导上对应直通端口和耦合端口的位置处分别设置有第一介质柱和第二介质柱。本发明解决了现有技术中移相器损耗大以及调控流程繁琐的问题。技术研发人员：王坤,张旭春,李兴成,王赞扬,史浩洋受保护的技术使用者：中国人民解放军空军工程大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20