一种加载矩形空气槽的宽带基片集成波导siw移相器的制造方法
【技术领域】
[0001] 移相器是微波毫米波电路与系统中的关键模块之一，其广泛应用在相控阵波束 形成、正交电路设计、测试仪器设备等方面。加载矩形空气槽的基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide, SIW)移相器可W应用在基片集成波导（电路）中，W实现整体设计 和宽带移相功能。 技术背景
[0002] 基片集成波导SIW是一种新的微波传输线形式，利用制作在介质基板上的金属通 孔实现类似于金属波导的场传播模式。SIW是介于微带和介质填充金属波导之间的一种传 输线，兼顾传统波导和微带传输线的优点，能实现高性能的微波毫米波平面电路结构形式。
[0003] 移相器是一种非常重要的微波模块，用于对信号的相位进行调整。移相器的带宽 是一个极其关键的性能指标，实现尽可能宽的带宽是研究的一个重要方向。另一方面，宽带 移相器的实现较困难，尤其是实现在SIW中的宽带移相器不多见，运已经严重限制了 SIW在 微波毫米波电路与系统中的应用。故对宽带基片集成波导移相器的需求非常迫切。
[0004] 在现有的研究报道中，宽带型基片集成波导移相器主要有=种方式实现。研究 者化Jian化eng基于延迟线和不等宽SIW结构实现自补偿型宽带移相功能，参见文献 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] 研究人员T. Djerafi基于阵列小孔实现可变的人工介电常数，从而引起相位 变化实现移相功能。参见文献 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.化r址impour i设计了内嵌'Q '形微型图案，在保证宽带移相性能 的情况下缩小了器件体积，但插入损耗较大。参见文献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=种方法中，对于45°移相范围来说，第一种方法实现的移相器带宽为 50% (24~40細z，45。±3.5° )，第二种方法实现的移相器带宽为46.1% (20~32 GHz，45。±2.5° )，第S种方法实现的移相器带宽约为60.2% (仿真结果为4. 487~ 8. 355GHz，45。±2. 5°。未明确给出实测结果）；对于90。移相范围来说，第一种方法实现 的移相器带宽为45. 1% (25. 11~39. 75 GHz, 90。±2. 5° )，第二种方法实现的移相器带 宽为46. 1% (20~32 GHz，89. 5。±5° )。第S种方法实现的移相器带宽约为55% (仿 真结果为4. 2~7. 385 GHz,90。±3°。未明确给出实测结果）。
[0008] 第一种移相器基于延迟线和不等宽SIW结构实现相位的自补偿，虽然具有良好的 幅度相位特性，但其参照的相位基准是变化的，即理论上没有固定的零相位参考值，在实际 应用中会由于多个零相位参考值导致系统变得复杂和冗余；第二种移相器的带宽在其定义 的移相精度范围内还有待提高；第=种移相器的插入损耗比较大（约-5地），且测试带宽较 窄，实用性有待商権。运=种方法都有自身的局限性。
【发明内容】
[0009] 针对上述存在问题或不足，为了既能实现较宽的频率带宽，又具有较低插入损耗 和固定零相位参考值，本发明提出了一种加载矩形空气槽的宽带基片集成波导SIW移相 器。
[0010] 该SIW移相器，包括支路一和支路二两个典型的SIW电路结构，其结构特征是：
[0011] 支路一对应于参考的零相位；支路二电路结构中的SIW本体上还设有N个矩形空 气槽，对应于所需的移相度数，0<N<30。
[0012] 各支路中的SIW本体和微带线均通过一个渐变的过渡结构连接，该渐变过渡结构 与基片集成波导本体衔接边的上下各引入一个匹配通孔，并金属化，共计4个，且4个匹配 通孔的几何中屯、与SIW主体的几何中屯、重合。
[0013] 所述矩形空气槽设置于垂直电磁波传播方向，且各矩形空气槽平行等距排列；Ls2 为支路二SIW本体结构的总长度，Wc为矩形空气槽的宽度，Ld为相邻矩形空气槽的间距， Lc为矩形空气槽的长度，Ws2为支路二两行平行通孔的行间距，矩形空气槽上下贯通、侧壁 不金属化且不与平行通孔相交lx<Ws2, N*化d+Wc)-Ld<Ls2。
[0014] 所述支路二还包括一个与其SIW本体大小相适应的单面金属化介质PCB盖板，该 盖板的金属化面与SIW本体紧贴，并完全覆盖所有矩形空气槽W防止电磁波的泄漏。
[0015] 所述支路二的微带线长度Lm2大于支路一的微带线长度Lml,支路二的SIW本体宽 度Ws2大于支路一的SIW本体宽度Wsl, W形成两支路的相位差。
[0016] 对于支路一和支路二的长度分别为Lml和Lm2的微带线来说，其相位差为：
[0017]
(U
[0018] 其中e。代表等效介电常数，其是介质板介电常数et，微带线线宽和介质板板厚 的函数。
[0019] 对于支路一和支路二中，宽度分别为Wsl和Ws2的基片集成波导结构来说，其相位 差为：
[0021]其中e。。代表包含空气槽的SIW结构等效介电常数，其是介质板介电常数ef和 空气槽物理尺寸的函数。
[0022] 那么移相器总的移相度数为：
[0023]
(3)
[0024] 对于给定的移相度数，可W预先选定SIW的宽度Wsl和Ws2, SIW的长度Lsl和Ls2， 空气槽的物理尺寸Lc，Ld和Wc，通过式（1)-(3)确定微带线长度Lml和Lm2。
[0025] 本发明的移相器利用相同长度不同宽度的基片集成波导、不同长度的微带线和加 载的矩形空气槽实现移相器的相移，前两种措施产生的相移量与频率变化趋势