1 引言
　　定向耦合器作為一種微波器件被廣泛用于微波、毫米波電子設備和天線饋電電路中，用來產生在一定帶寬內所需的功率比例。波導定向耦合器具有損耗小，功率容量高，耦合形式多樣等優點，并且在微波高頻端已有多種性能優良的各種耦合器。但是，隨著微電子技術的發展，波導定向耦合器體積大、不易與固態微波電路集成的弱點顯得更加突出。
　　基片集成波導（SIW）是一種填充介質的類波導結構，具有跟傳統矩形波導相類似傳播模式。并且可用通常的印制電路版（PCB）工藝加工制作基片集成波導，因此成本低廉并易于大規模生產。近年來，多種SIW定向耦合器已經成功被研制。這些耦合器大部分是通過同層的基片集成波導的窄壁開縫耦合，需要較大面積的印制電路版。本文介紹了雙層基片集成波導上下重疊寬邊雙縫定向耦合器。仿真和測試結果證明了設計原理的可行性。這種耦合器可用于天線饋電結構和微波電路中。
　　2 寬邊雙縫3dB定向耦合器的原理和結構參數
　　2.1 寬邊雙縫3dB定向耦合器的原理
　　圖1所示公共寬邊上兩個平行的縱向短縫3dB定向耦合器。可以認為在耦合區存在并傳輸兩種模式，即矩形波導的H10波和同軸線的TEM波（可以把耦合區看成是多導體系統），兩者相速不同，從耦合區始端到末端產生的相位差為：
　　
　　當Δβ=π/2時，由端口1輸入的功率從端口2和端口4各輸出1/2，而端口3無輸出，成為3dB定向耦合器。耦合端的輸出的相位超前直通端輸出相位90°。
　　2.2 寬邊雙槽3dB定向耦合器的結構參數
　　耦合器的結構如圖1所示，兩個平行的縱向耦合縫對稱地位于重疊的寬壁上。耦合器的各個參數如圖1所示。短縫的寬為Slot_w，長度為L1，耦合度隨這兩個參數變化；阻抗變換段的寬為W2，長度為L2，這兩個參數決定各端口的駐波好壞；金屬化過孔的直徑為R，周期長度為Svp，兩排金屬化過孔的間距為a_SIW，這些基片集成波導的參數隨選定頻率而定。從矩形波導到基片集成波導的等效公式可從參考 中得到。由于耦合器是上下兩層基片集成，實驗測量時需要考慮3.5mm連接器的安裝。同時為了避免微帶線拐角損耗較大的能量，選擇了基片集成波導拐角，如圖1所示。
　　
　　圖1 SIW耦合器結構圖
　　3 耦合器的設計與仿真
　　為了使耦合器能應用于各種微波電路和天線饋電系統中，必須根據不同的耦合度設計不同的參數值。我們采用Ansoft HFSS仿真軟件來優化耦合器的各個參數和驗證設計的正確性。
　　我們選取耦合縫的長度L1作為控制耦合度的主要變量，其他的結構參數與L1成線性關系。在中心頻率（15GHz）處，我們取Svp=1mm，a_SIW=11mm，R=0.5mm，介質基片的厚度為0.508mm，介質的損耗角正切為0.001。當W1=L1，W2=L1ⅹ4.1/2.8，L2=（14.4mm-L1）/2，Slot_w=（10.5mm-L1）/2時，耦合度跟L1的關系如圖2所示。在L1＝5.6mm時，直通輸出和耦合輸出相等，由于介質存在損耗，所以輸出略小于3 dB。