[0005] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种基于微带和SIW的微波毫米波双频带独立设计的高频比定向耦合器。
[0006] 本发明采用如下技术方案：
[0007] 一种微波毫米波双频带独立设计的高频比定向耦合器，为双轴对称结构，包括：
[0008] 第一介质基板；
[0009] 第二介质基板，位于所述第一介质基板的下方；
[0010] 中间层金属地，位于所述第一介质基板和所述第二介质基板之间；
[0011] 底层金属地，位于所述第二介质基板的底层；
[0012] 工作在微波频带的分支线耦合器，位于所述第一介质基板的顶层；
[0013] 双频耦合器端口，位于所述第一介质基板的顶层；
[0014] 馈电微带线，位于所述第一介质基板的顶层；
[0015] 低通滤波器，位于所述第一介质基板的顶层；
[0016] 工作在毫米波频带的SIW定向耦合器，位于分支线耦合器的下方；
[0017] 其中，所述中间层金属地开有四个耦合缝隙；四个耦合缝隙分别处于四条馈电微带线的正下方相对位置，即耦合缝隙位于双频耦合器端口与低通滤波器之间位置的下方；且四个耦合缝隙分别相对应位于SIW定向耦合器的四个端口内部。
[0018] 每个耦合缝隙与最近距离低通滤波器的距离L1为双频带耦合器高频带中心频率对应的四分之一波长。
[0019] 耦合缝隙长度Lap为毫米波信号中心频率对应的二分之一波长。
[0020] 所述分支线耦合器的输入端口、输出端口、耦合端口、隔离端口各自与一个低通滤波器的一端连接；低通滤波器的另一端与馈电微带线的一端连接，馈电微带线的另一端作为双频耦合器端口。
[0021] 所述微波频段信号和毫米波频段信号分别通过分支线耦合器和SIW定向耦合器通过耦合缝隙耦合，因此分支线耦合器和SIW耦合器的中心频率和带宽可以独立设计。
[0022] 作为优选，所述分支线耦合器包括一对平行设置的水平向微带线、一对平行设置的纵向微带线、输入端口、输出端口、耦合端口、隔离端口；由上述四条微带线围合成一个封闭式的矩形结构；其中一个水平向微带线和相邻纵向微带线的交接处构成输入端口、输出端口、耦合端口、隔离端口中的一个端口。
[0023] 作为优选，水平向微带线、纵向微带线的电长度均为低频带中心频率对应的四分之一波长。
[0024] 作为优选，馈电微带线采用50欧姆微带线，水平向微带线的宽度WC1对应33.36欧姆微带阻抗，纵向微带线的宽度WC2对应50欧姆微带阻抗。
[0025] 作为优选，分支线耦合器的中心频率为2.4GHz。
[0026] 作为优选，所述低通滤波器为三阶阶梯阻抗滤波器，包括第一阻抗微带线、第二阻抗微带线、中间阻抗微带线、第一输入输出馈线、第二输入输出馈线；第一阻抗微带线、第二阻抗微带线平行设置，中间阻抗微带线与第一阻抗微带线、第二阻抗微带线垂直设置，中间阻抗微带线的两端分别与第一阻抗微带线、第二阻抗微带线的中点连接，第一阻抗微带线、第二阻抗微带线的中点分别再接第一输入输出馈线、第二输入输出馈线；第一输入输出馈线接分支线耦合器的输入端口、输出端口、耦合端口、隔离端口中的一个端口，第二输入输出馈线接馈电微带线；低通滤波器的作用是阻止毫米波频段信号在顶层分支线耦合器中传输，使毫米波段信号通过缝隙耦合进入SIW中传输，同时不影响微波频段信号在分支线耦合器中传输。
[0027] 更为优选，第一阻抗微带线、第二阻抗微带线的结构尺寸相同，即宽度WF1和长度LF1相同，宽度WF1对应20欧姆微带阻抗；中间阻抗微带线的长度LF2比第一阻抗微带线、第二阻抗微带线的长度LF1长，宽度WF2比第一阻抗微带线、第二阻抗微带线的宽度WF1窄，宽度WF2对应100欧姆微带阻抗。
[0028] 作为优选，所述SIW定向耦合器包括周期性分布的多个金属化通孔、中间层金属地、底层金属地；所述金属化通孔贯穿第二介质基板，用于连接中间层金属地、底层金属地；所述SIW定向耦合器包括耦合部分，位于耦合部分两端的两个SIW馈电部分以及四个端口；
所述耦合部分的中心开有耦合窗口，耦合窗口处无金属化通孔设置，用于实现能量的耦合，其长度与耦合量正相关；所述耦合部分两侧壁设有金属化通孔支节，用于在耦合量一定的情况下缩短耦合窗口的长度；所述SIW馈电部分设有耦合匹配金属化通孔、转角匹配金属化通孔；SIW馈电部分与耦合缝隙、耦合匹配金属化通孔、转角匹配金属化通孔共同实现SIW定向耦合器的馈电，调节耦合匹配金属化通孔的位置和直径以及耦合缝隙的长度和宽度，可以实现耦合馈电的阻抗匹配，调节转角匹配金属化通孔的位置和直径，可以实现SIW 90度转角的阻抗匹配。
[0029] 作为优选，SIW定向耦合器的中心频率为28GHz。
[0030] 工作原理：
[0031] 微波毫米波双频带独立设计的高频比定向耦合器由一个工作在微波频带的分支线耦合器和一个工作在毫米波频带的SIW耦合器合成。通过调节馈电微带线，使其超过耦合缝隙与最近距离低通滤波器的距离L1，以及耦合缝隙的长度Lap和宽度Wap，可以将毫米波信号由微带耦合到SIW中。调节耦合匹配金属化通孔的直径Dvia2、以及与SIW侧壁的距离Wvia2、Lvia2，可以实现缝隙耦合馈电的阻抗匹配。
[0032] 微波频段通带(低频带)：微波频段信号经过馈电微带线和低通滤波器进入分支线耦合器实现耦合，由于耦合缝隙的长度和宽度尺寸均很小，因此不影响微波频段信号在顶层微带结构中的传输。同时，由于SIW的截止特性，微波频段信号在SIW中无法传输。因此，微波频段信号仅在顶层微带结构中传输，构成双频段耦合器的低频带。改变分支线耦合器的两个分支线长度LC，可以调节耦合器低频带的中心频率。
[0033] 毫米波频段通带(高频带)：调节耦合缝隙距离低通滤波的长度L1，可以使毫米波信号在耦合缝隙正上方处实现“短路”。这个“短路”一方面能阻止毫米波信号进入分支线耦合器，另一方面还能使毫米波频段信号通过缝隙耦合进入SIW中传输。耦合缝隙长度Lap为毫米波信号中心频率对应的二分之一波长。因此，毫米波频段的信号仅在SIW耦合器中传输，构成双频带耦合器的高频带。改变SIW的宽度Wvia，可以调节耦合器高频带的中心频率；调节SIW耦合器中耦合窗口的宽度Wsiwap、以及金属化通孔支节的长度Hstub和宽度Wstub,可以调节SIW耦合器的耦合量，优化低通滤波器的尺寸LF1、LF2、WF1和WF2，可以滤除进入分支线耦合器的毫米波频段信号。
[0034] 本发明具有以下优点：
[0035] (1)同时覆盖频率跨度很大的微波频段和毫米波频段，实现了高频比的双频段耦合，而面积仅与微波频段的单频带分支线耦合器相当；
[0036] (2)微波频段信号和毫米波频段信号具有相互隔离的物理传输路径，两者之间互不影响，隔离度高；
[0037] (3)两个频带的耦合器设计完全独立，可以方便地设计每个频带的耦合量和中心频率。
