基于基片集成同轴线的自补偿移相器的制作方法

本发明涉及移相器，更具体地讲，涉及一种基于基片集成同轴线的自补偿移相器。

背景技术：

1、移相器作为微波控制领域中不可或缺的核心元件，能够在各类射频系统中实现精确的相位调控。在多通道收发机中，移相器为镜像抑制、干扰对消及信道均衡等关键功能提供了相位对齐的硬件基础。其最严苛的应用场景出现在相控阵天线与波束赋形网络中——移相器不仅要精确构建电子波束扫描所需的阵元间相位梯度，更直接影响阵列的副瓣电平、波束指向精度以及整体空间滤波性能。

2、当前，微波和毫米波电路的主要发展方向为超宽带、三维集成方向快速发展。平面传输线（如微带线、共面波导等）因易于平面集成而成为集成电路设计的首选传输结构；然而，其固有的高导体损耗、介质损耗以及辐射与串扰问题，在高频和超宽带应用场景下变得尤为突出。金属波导虽能满足高频、超宽带应用对低损耗和高功率容量的要求，却因体积笨重、难以与平面电路及封装集成而难以适应小型化需求。为此，基片集成同轴线（substrateintegrated coaxial line, sicl）被提出并得到广泛关注。其典型结构为：中心导带置于介质基板的中间层，上下接地金属层通过周期性金属化通孔阵列连接，构成等效的同轴外导体，从而支持tem波传输，并具备自屏蔽特性，能够抑制辐射和串扰。然而，与基于sicl的滤波器、耦合器、功分器、天线等多种高性能器件相比，sicl移相器的研究明显滞后，其性能已成为制约sicl宽带电路系统整体性能的瓶颈。尤其在相控阵或宽带通信链路中，系统的工作带宽往往由链路中的移相器的带宽决定。超十倍频程超宽带下，传统窄带相位补偿方案在此带宽下完全失效；物理尺寸固定，因结构布局限制，无法通过增加延迟线延长短通道；相位斜率匹配要求不仅在单一频点对齐相位绝对值，更要求在整个频带内相位—频率曲线的斜率一致。

3、当前实现超宽带无频率色散的相位自补偿的主要方法为以下四种方案：

4、1.采用数字复数补偿，仅能补偿单一频点的相位值；偏离中心频率时，因随频率线性累积，在超宽带范围内产生不可容忍的残余相位误差；如公开号为us9954626b2且名称为calibrating rf path delay and iq phaseimbalance for polar transmit system的美国专利、公开号为cn115622641a且名称为多通道宽带收发信道幅相校准方法、系统、终端及介质的中国专利、以及公开号为cn110289920a且名称为一种多通道宽带收发系统的相位校准方法的中国专利。

5、2.采用有源移相器，会引入附加插损、非线性失真和功耗变大。相位-频率响应呈非线性，无法匹配传输线的线性相位斜率；如公开号为cn109307801a且名称为基于电调移相器色散特征的相位配平方法的中国专利。

6、3.采用延迟线/传输线补偿，在短通道上加延迟线，虽对齐中心频点，但在超宽带范围内因两路介质完全相同，相位斜率仍然存在差异；且引入不期望的公共相移；如公开号为us7948248b1且名称为cable length correction和公开号为us2023/0006709a1且名称为delay-line based transceiver calibration的美国专利。

7、4.采用调控介电常数实现移相，分为机械式调控和电调控两种方式。机械式调控介电常数即通过机械改变介质插入长度实现相位调节，但需要额外机械调节装置，响应慢、精度有限，难以集成于小型收发机。如公开号为us60754249且名称为 article comprisinga phase shifter having a movable dielectric element的美国专利、公开号为wo2015/150168且名称为adjustable constant impedance phase shifter的国际专利、公开号为cn106921011a且名称为一种移相器及天线的中国专利。电调控即引入可变介电常数的材料（如液晶等），需要直流偏置电路和实时控制，在系统功耗和复杂度方面优势不大，如公开号为cn110233315a且名称为移相度补偿装置、移相度补偿系统及方法和公开号为cn111416191a且名称为基于可变介电常数基材的宽带相位可调移相器的制备方法的中国专利。

8、公开号为cn101465455a且名称为基片集成波导补偿型宽带移相器的中国专利，该专利是基于基片集成波导的te10模实现相位自补偿，其实现的相对带宽最大只能到50%。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于基片集成同轴线的自补偿移相器，能够提供不同相位的无频率色散补偿，以校正收发机系统中信号流/功率流的通道相位，解决因通道间相位不均衡所导致的合成效率低下以及通道间时延引起的相位偏差问题;

2、本发明解决技术问题所采用的解决方案是：

3、本发明提供了一种基于基片集成同轴线的自补偿移相器，包括基准支路和与基准支路长度不相等的工作支路；在所述工作支路上设置有实现工作支路相位自补偿且形成相位自补偿后工作支路的介质微扰结构；

4、信号从基准支路、相位自补偿后工作支路的输入端口进入，分别经过具有不同长度的基准支路、相位自补偿后工作支路，抵达基准支路、相位自补偿后工作支路的输出端口，在基准支路的输出端和相位自补偿后工作支路的输出端口之间形成固定的所需相位差。

5、在一些可能的实施方式中，所述工作支路呈叠层结构，包括由上至下依次设置的上表面金属层、上层基片、中间金属层、半固化片、下层基片、下表面金属层；所述介质微扰结构设置在上层基片和/或下层基片上。

6、在一些可能的实施方式中，所述介质微扰结构包括空腔、以及填充在空腔内的空气或介质块或浆料。

7、在一些可能的实施方式中，所述介质块为介质陶瓷块，在0.5–9.5ghz的工作频率下，所述介质陶瓷块的介电常数为8~40，且在10ghz频率下，介质损耗tanδ低于0.0005。

8、在一些可能的实施方式中，在0.5–9.5ghz的工作频率下，所述浆料的介电常数为5~16，且在10ghz频率下，介质损耗tanδ低于0.003。

9、在一些可能的实施方式中，所述介质微扰结构为一组或多组，当介质微扰结构为多组时，呈周期性阵列排布。

10、在一些可能的实施方式中，所述中间金属层包括两组边侧金属层、以及设置在两组边侧金属层之间且作为传输电路节的中心导带；

11、所述上表面金属层、中间金属层、下表面金属层通过设置在两组边侧金属层的金属化通孔组互连且形成屏蔽结构；所述介质微扰结构位于两组边侧金属层的金属化通孔组之间。

12、在一些可能的实施方式中，所述介质微扰结构的宽度小于金属化通孔组相互靠近一侧的距离，且与金属化通孔组不接触。

13、在一些可能的实施方式中，每组所述边侧金属层上的金属化通孔组包括多组金属化通孔，同侧的多组所述金属化通孔沿中心导带的长度方向等间距设置，实现电磁屏蔽；所述中心导带与两组边侧金属层之间形成间隙。

14、在一些可能的实施方式中，所述金属化通孔的一端与上表面金属层互联且另外一端与下表面金属化层互联，所述金属化通孔贯穿中间层金属层。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果：

16、本发明将基片集成同轴线引入超宽带多通道相位自补偿领域，利用其tem模无色散传输与全封闭自屏蔽的本征优势，结合在工作支路上设置的介质微扰结构，从根本上解决了传统方案在超宽带场景下面临的四重困境—色散导致的补偿带宽受限、额外器件引入插损与功耗、三维结构无法平面集成、频率响应不一致导致的逐点校准需求；有效的实现了在超十倍频程超宽带范围内实现信号流/功率流的物理尺寸在不等长条件下，相位无频率色散自补偿；

17、在使用时，只需改变工作支路中介质微扰结构的物理尺寸即可实现不等长条件下无频率色散的相位配平；相对于外部线缆补偿、外置电调移相器和收发机内部的数字修正补偿，本发明相位补偿值为连续可调，适应性更强；

18、本发明全无源、纯结构补偿，零附加功耗、零额外bom、零有源器件失效风险；本发明中介质微扰结构的与传输线一体化加工，无需额外组装、贴装或封装，与标准多层pcb工艺完全兼容；本发明中设计参数仅依赖物理长度差和板材介电常数，不依赖绝对频率值，设计方法具有频段可移植性；

19、本发明通过上表面金属层、下表面接地金属层、金属化通孔、以及中心导带形成屏蔽结构使补偿不受外部电磁干扰和邻近电路耦合影响，保证补偿状态的稳定性和批量生产的一致性。