CN115473023A - 一种基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器及其设计方法，包括介质基板，上下蚀刻金属层以及四个端口。上层金属层由四根弯折馈线，波导上表面以及金属过孔阵列组成。下层金属层作为接地面并设有金属过孔阵列。波导上表面使用金属过孔和蚀刻技术形成类分支半模波导耦合结构，实现了弱耦合的性能。在波导中央矩形区域两端蚀刻出两条短路短截线来改善耦合器的方向性特性。本发明采用一种新颖的类分支基片集成波导耦合结构实现了弱耦合耦合器，在同类型发明中具有优秀的宽带，平坦度和方向性特性。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体是一种基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器及其设计方法。
背景技术
基片集成技术在过去的二十年里得到了飞速的发展，基片集成波导已经被广泛的运用到无线通信***中。基片集成波导由于其独特的结构可以无损的和其他传输线集成，并且拥有高Q值、低***损耗、低成本和结构紧凑的优势。半模基片集成波导在传统基片集成波导基础上减少了一半的尺寸，为基片集成波导的小型化带来了极大的进步。耦合器是微波和毫米波***中常用的器件，与功率分配器一样可用于通信***中的功率分配与合成中。弱耦合耦合器往往被用于微波测量中，利用耦合旁路可以从直通支路中分出小部分能量用于测量波长或者监测输出功率等常见工作中。基片集成波导技术代表了一种设计耦合器的新的解决方案。目前市面上大部分基片集成波导耦合器都只是实现了3dB的强耦合，然而，对于弱耦合耦合器的研究还不够深入，未见半模基片集成波导在弱耦合耦合器中得到应用。
针对目前技术中存在的空缺，有必要进行研究，来实现一种基于基片集成波导的弱耦合耦合器，并在此基础上尽可能的提升作为耦合器的某些特性。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明提出了一种基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器及其设计方法，将半模基片集成波导应用于弱耦合耦合器，同时重新设计耦合结构，从而能够在Ku波段的频率范围内实现弱耦合耦合器的性能，具有宽带，高平坦度和高隔离度的优势。
为了解决技术问题存在的技术问题，本发明所采取的技术方案如下：
一种基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器，至少包括介质基板(2)、上层金属层(1)以及下层金属层(3)；所述上层金属层(1)和下层金属层(3)上形成半模基片集成波导传输线，在所述上层金属层(1)蚀刻有四条馈线(4)并分别与所述半模基片集成波导传输线相连接作为耦合器的输入端、直通端、隔离端和耦合端；所述半模基片集成波导传输线上表面通过贯穿介质基板和上下金属层的金属过孔阵列实现类分支线耦合器的结构以实现弱耦合特性；所述半模基片集成波导传输线上表面中心区域放置两段对称的短截线(11)以改善耦合器的方向性特性。
作为进一步的改进方案，所述半模基片集成波导传输线上表面利用金属过孔排(51)和(52)在波导中轴线两端构成背靠背的半模集成波导结构，并且在金属过孔靠内侧一端布置两条垂直的金属过孔排(61)和(62)；其上表面中心位置挖出一个矩形区域(10)，在矩形区域(10)长边外侧分别形成一对金属过孔排(71)和(72)；所述矩形区域(10)的宽边两侧中心蚀刻出一对短截线(11)；通过上述结构构成了一对直通支路(8)和一对耦合支路(9)。
作为进一步的改进方案，所述馈线(4)使用阶跃梯形结构来实现波导传输线与微带线之间的转换。
作为进一步的改进方案，金属过孔排(51)和(52)的长度为9mm，金属过孔排(61)和(62)的长度为1.6mm；矩形区域(10)的长为16mm、宽为4mm；金属过孔排(71)和(72)的总长度为15.5mm；短截线(11)的长为4.85mm,宽为0.6mm。
作为进一步的改进方案，所述馈线(4)包括梯形结构、四分之一圆环结构和矩形结构；梯形结构下底面和上底面分别为3.5mm和1.5mm，高为11mm；四分之一圆环结构和矩形结构宽度为1.5mm；所述馈线(4)分别设于上层金属层(1)左上、左下、右上和右下位置，并且通过梯形结构的下底面与波导上表面边缘相连接。
作为进一步的改进方案，介质基板(2)采用Rogers 5880板材，介电常数为2.2，长为88mm，宽为30mm，损耗角正切值为0.0009，厚度为0.508mm；基板上层金属层(1)和下层金属层(3)分别为厚度0.035mm的铜。
作为进一步的改进方案，所述半模基片集成波导传输线的截止频率和具体尺寸分别为：
其中fmn代表半模基片集成波导的谐振频率；c表示自由空间中的光速；εr和μr分别代表基片的相对介电常数和磁导率；Weff和Leff分别代表基片集成波导的宽度和长度；W表示等效的矩形波导的宽度；d和p分别代表组成基片集成波导的金属过孔的直径和过孔之间间隙的长度；WH代表所述半模基片集成波导的宽度。
作为进一步的改进方案，半模基片集成波导传输线上表面利用两对金属过孔排在波导中轴线两端构成背靠背的半模集成波导结构，并且在这对金属过孔排靠内侧一端布置两对垂直的金属过孔排；加入垂直金属金属过孔排的波导等效为加入了并联的LC谐振电路，其对于整个波导的影响用奇偶模法来分析：
其中Z0表示所述波导传输线的特征阻抗；Z0e和Z0o分别表示加入垂直金属过孔阵列之前的等效电路的偶模阻抗和奇模阻抗；Z0e1和Z0o1分别表示加入垂直金属过孔阵列之后的等效电路的偶模阻抗和奇模阻抗；L1和C1分别表示LC谐振电路的等效电感和等效电容。
作为进一步的改进方案，半模基片集成波导传输线上表面中心位置挖出一个没有金属层的矩形区域，在矩形区域长边外侧分别配置两排金属过孔排；矩形区域的宽边两侧中心蚀刻出一对短截线；所述波导上表面通过上述结构构成了一对直通支路和一对耦合支路，形成类似于分支线耦合器的整体结构，波导奇偶模等效电路参数表示为：
其中，A表示耦合支路的等效电容，B表示蚀刻出矩形区域引入的寄生电容和短截线的等效电容；Z1和θ1分别表示直通支路的等效传输线的特征阻抗和电长度。
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明还公开了一种基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器的设计方法，包括以下步骤：
步骤1：根据设计参数选择耦合器介质基板；
步骤2：利用下式设计半模基片集成波导传输线进行，
其中，fmn代表半模基片集成波导的谐振频率；c表示自由空间中的光速；εr和μr分别代表基片的相对介电常数和磁导率；Weff和Leff分别代表基片集成波导的宽度和长度；W表示等效的矩形波导的宽度；d和p分别代表组成基片集成波导的金属过孔的直径和过孔之间间隙的长度；WH代表所述半模基片集成波导的宽度；
其中，fmn代表半模基片集成波导的截止频率；c表示自由空间中的光速；εr和μr分别代表基片的相对介电常数和磁导率；Weff和Leff分别代表等效矩形波导的宽度和长度；
根据所需的频段选择其中心频率作为fmn，选择TE10模传输得到等效矩形波导的基片集成波导的宽度Weff；
接着利用公式2，公式3和公式4得出半模基片集成波导的宽度W，d和p分别代表组成基片集成波导的金属过孔的直径和过孔之间间隙的长度；WH代表所述半模基片集成波导的宽度；
步骤3：根据步骤2确定的半模基片集成波导宽度，设计出拥有四端口的采用背靠背形式的基本半模基片集成波导耦合器结构，实现背靠背结构的金属过孔排长度和波导长度根据截止频率波长选取，其中，波导长度应小于3个波长，金属过孔排的长度优化为耦合度为3dB时的长度；
步骤4：利用金属过孔阵列进行弱耦合结构设计，在步骤3设计的金属过孔排靠近内侧端的位置设置一对垂直的金属过孔排，垂直金属过孔排的长度Wve不超过半个半模基片集成波导宽度WH；在波导中心位置蚀刻出一个矩形区域，并在矩形区域的上下设置一对平行的金属过孔排；矩形区域的长度与金属过孔排长度Lp相同，矩形区域的宽度与垂直金属过孔排长度Wve相同；根据设计需要的耦合度对矩形区域的大小进行优化；之后在矩形区域中加入两根对称的短截线结构来补偿整个矩形区域带来的等效电抗，并对短截线的长度Lsmm和宽度Ws进行优化以达到理想的方向性和宽带效果；
步骤5：对耦合器进行微带过渡设计，在半模基片集成波导线和微带线之间加入梯形微带过渡段，通过调整梯形微带过渡段靠近波导线的宽度Wt和Lt，梯形过渡段与微带线进行连接，根据设计频段的中心频率设计微带线的宽度Wm，并根据耦合器的宽带特性进行优化调整，得到满足的设计的半模基片集成波导弱耦合耦合器。
作为进一步的改进方案，所述基于半模基片集成波导结构的弱耦合耦合器的介质基板采用Rogers 5880板材，介电常数为2.2，损耗角正切值为0.0009，厚度为0.508mm；基板上层金属层和下层金属层分别厚度0.035mm的铜。
本发明基于半模基片集成波导实现弱耦合耦合器，具有以下优点：利用金属过孔阵列和蚀刻技术实现一个新型的类分支线结构的波导，实现了宽带高平坦度的弱耦合特性；在挖去的波导区域内加入了一对短截线，有效的提高了耦合器的方向性特性；设计的弱耦合耦合器带有微带线与波导传输线的转换结构，使得该耦合器的结构更加紧凑，大幅度的减少了耦合器的横向尺寸；设计的弱耦合耦合器弥补了当前弱耦合基片集成波导耦合器的空缺问题，具有一定的科研价值。
附图说明
图1是为本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例1上层金属层的俯视图以及相关参数的示意图；
图3是本发明实施例1的波导奇偶模等效电路图；
图4是本发明实施例1的实物展示图；
图5是本发明实施例1的仿真S参数图；
图6是本发明实施例1的测试与仿真对比S参数图。
图中：1-上层金属层，2-介质基板，3-下层金属层，4-馈线，51-左侧水平金属过孔排，52-右侧水平金属过孔排，61-左侧垂直金属过孔排，62-右侧垂直金属过孔排，71-矩形区域上侧金属过孔排，72-矩形区域下侧金属过孔排，8-直通支路，9-耦合区域，10-矩形区域，11-短截线。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
图1为本发明实施例1的结构示意图，图2为本发明实施例1上层金属层的俯视图以及相关参数的示意图，如图1和图2所示，基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器整体由三部分组成，分别是介质基板2，上层金属层1和下层金属层3。介质基板选择Rogers5880板材，介电常数为2.2，损耗角正切值为0.0009，厚度为0.508mm，长度L为88mm，宽度W为30mm。上层金属层和下层金属层分别使用厚度为0.035mm的铜。
馈线4部分包括梯形结构、四分之一圆环结构和矩形结构；梯形结构作为集成波导和微带线的转换结构，下底面Wt和上底面Wm分别为3.5mm和1.5mm，高度Lt为11mm；所述四分之一圆环结构和矩形结构共同构成微带线4，宽度为1.5mm；所述馈线分别设于上层金属层(1)左上、左下、右上和右下位置，并且通过梯形结构的下底面与波导上表面边缘相连接。实物端口采用0-28GHz的SMA连接器。
所述波导截止频率和波导上表面整体具体尺寸分别为：
其中fmn代表半模基片集成波导的谐振频率；c表示自由空间中的光速；εr和μr分别代表基片的相对介电常数和磁导率；Weff和Leff分别代表基片集成波导的宽度和长度；W表示等效的矩形波导的宽度；d和p分别代表组成基片集成波导的金属过孔的直径和过孔之间间隙的长度；WH代表所述半模基片集成波导的宽度。根据所需频段设计长度Leff为39.1mm，宽度Weff为13mm。图中金属过孔阵列的圆型过孔半径d为0.25mm，过孔之间的间距p为0.8mm。
利用一对金属过孔排51和52在波导中轴线两端构成背靠背的半模集成波导结构，长度为9mm，并且在金属过孔排51和52靠内侧一端布置两对垂直的金属过孔排61和62；加入垂直金属金属过孔阵列的波导等效为加入了并联的LC谐振电路，其对于整个波导的影响可以用奇偶模法来分析：
其中Z0表示所述波导传输线的特征阻抗；Z0e和Z0o分别表示加入垂直金属过孔阵列之前的等效电路的偶模阻抗和奇模阻抗；Z0e1和Z0o1分别表示加入垂直金属过孔阵列之后的等效电路的偶模阻抗和奇模阻抗；L1和C1分别表示LC谐振电路的等效电感和等效电容。金属过孔阵列根据上述公式最终确定为1.6mm。
所述波导上表面中心位置挖出一个没有金属层的矩形区域10，在矩形区域长边外侧分别配置两排金属过孔排71和72；所述矩形区域10的宽边两侧中心蚀刻出一对短截线11；所述波导上表面通过上述结构构成了一对直通支路8和一对耦合支路9，整体结构类似于分支线耦合器，但耦合呈弱耦合特性。如图3所示，所述波导奇偶模等效电路参数可表示为：
其中A表示耦合支路的等效电容，B表示蚀刻出矩形区域引入的寄生电容和短截线的等效电容；Z1和θ1分别表示直通支路的等效传输线的特征阻抗和电长度。经过HFSS软件进行优化最终确矩形区域10的尺寸为长16mm，宽4mm，在矩形区域长边外侧分别配置两排金属过孔阵列，总长度Lp为15.5mm；所述矩形区域的宽边两侧中心蚀刻出一对长度Lsmm为4.85mm,宽度Ws为0.6mm的短截线11。波导上表面通过上述结构构成了一对直通支路8和一对耦合支路9。
上述基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器采用如下设计方法，包括以下步骤：
步骤1：对耦合器介质基板板材选择：根据设计的频段，选择厚度为0.508mm，相对介电常数为2.2的Rogers 5880制成的基片作为耦合器介质基板；
步骤2：基于公式1对半模基片集成波导传输线进行设计，公式1为
其中fmn代表半模基片集成波导的截止频率；c表示自由空间中的光速；εr和μr分别代表基片的相对介电常数和磁导率；Weff和Leff分别代表等效矩形波导的宽度和长度；根据所需的频段选择其中心频率作为fmn，选择TE10模传输得到等效矩形波导的基片集成波导的宽度Weff。接着利用公式2，公式3和公式4决定出半模基片集成波导的宽度W，公式2为
公式3为
公式4为
d和p分别代表组成基片集成波导的金属过孔的直径和过孔之间间隙的长度；WH代表所述半模基片集成波导的宽度。通过电磁软件仿真，综合选取合适的耦合器的传输线宽，调整耦合器的截止频率。
步骤3：根据步骤2确定的半模基片集成波导宽度，设计出拥有四端口的采用背靠背形式的基本半模基片集成波导耦合器结构，实现背靠背结构的金属过孔排长度和波导长度可根据截止频率波长自由选取，波导长度应小于3个波长，金属过孔排的长度可利用电磁仿真软件优化为耦合度为3dB时的长度，以便后续设计。
步骤4：利用金属过孔阵列进行弱耦合结构设计，在步骤3设计的金属过孔排靠近内侧端的位置设置一对垂直的金属过孔排，垂直金属过孔排的长度Wve可自由选择，以不超过半个半模基片集成波导宽度WH为宜；在波导中心位置蚀刻出一个矩形区域，并在矩形区域的上下设置一对平行的金属过孔排；矩形区域的长度与金属过孔排长度Lp相同，矩形区域的宽度与垂直金属过孔排长度Wve相同；根据设计需要的耦合度对矩形区域的大小进行优化。之后在矩形区域中加入两根对称的短截线结构来补偿整个矩形区域带来的等效电抗，并对短截线的长度Lsmm和宽度Ws进行优化以达到理想的方向性和宽带效果。
步骤5：对耦合器进行微带过渡设计，在半模基片集成波导线和微带线之间加入梯形微带过渡段，通过调整梯形微带过渡段靠近波导线的宽度Wt和Lt，梯形过渡段与微带线进行连接，根据设计频段的中心频率设计微带线的宽度Wm，并根据耦合器的宽带特性进行优化调整，最终得到满足的设计的半模基片集成波导弱耦合耦合器。
图4展示了实施例1的实物图，从图中可以看出四个端口分别焊接了SMA连接器用于后续的实物测试，左上为输入端，右上为直通端，右下为耦合端，左下为隔离端。
图5给出了基于基片集成波导的弱耦合耦合器的仿真S参数，从图4中可以看出，在14.5-19.36GHz的频段内，反射系数
|S11|<-15dB，同频段内，直通端的传输系数|S21|优于-1dB，耦合端口的传输系数|S31|为-28.3±0.5dB，隔离端口的耦合系数|S41|＜-40dB，方向性＞12dB。整个频段的相对带宽达到了28.5％。
图6给出了基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器的测试结果与仿真结果S参数对比图，如图5所示，在14.5-18.75GHz的频段内，实际测试的反射系数|S11|<-15dB，同频段内，直通端的实测传输系数|S21|优于-2.5dB，耦合端口的实测耦合系数|S31|为-29±0.5dB，隔离端口的测试传输系数|S41|＜-39dB，方向性＞10dB。整个频段的相对带宽达到了25.5％。由此可以看出，本发明所提出的弱耦合器在很宽的频带范围内具有较为平坦的耦合度和较高的隔离度，实施例1可以用于Ku波段的功率检测和雷达通信***中。
本发明提出的基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器能够在Ku波段的频率范围内实现弱耦合耦合器的性能，具有宽带，高平坦度和高隔离度的优势。同时，本发明设计的弱耦合耦合器采用微带线馈电，使得该耦合器的结构更加紧凑，实现了两种传输线的集成化。此外，本发明是市面上为数不多的基于基片集成波导的弱耦合耦合器，目前大部分使用该技术的发明多为强耦合耦合器，并且本发明整体结构新颖，具有较高的创新价值。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器，其特征在于：至少包括介质基板(2)、上层金属层(1)以及下层金属层(3)；所述上层金属层(1)和下层金属层(3)上形成半模基片集成波导传输线，在所述上层金属层(1)蚀刻有四条馈线(4)并分别与所述半模基片集成波导传输线相连接作为耦合器的输入端、直通端、隔离端和耦合端；所述半模基片集成波导传输线上表面通过贯穿介质基板和上下金属层的金属过孔阵列实现类分支线耦合器的结构以实现弱耦合特性；所述半模基片集成波导传输线上表面中心区域放置两段对称的短截线(11)以改善耦合器的方向性特性。
2.根据权利要求1所述的基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器，其特征在于：所述半模基片集成波导传输线上表面利用金属过孔排(51)和(52)在波导中轴线两端构成背靠背的半模集成波导结构，并且在金属过孔靠内侧一端布置两条垂直的金属过孔排(61)和(62)；其上表面中心位置挖出一个矩形区域(10)，在矩形区域(10)长边外侧分别形成一对金属过孔排(71)和(72)；所述矩形区域(10)的宽边两侧中心蚀刻出一对短截线(11)；通过上述结构构成了一对直通支路(8)和一对耦合支路(9)。
3.根据权利要求1或2所述的基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器，其特征在于：所述馈线(4)使用阶跃梯形结构来实现波导传输线与微带线之间的转换。
4.根据权利要求2所述的基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器，其特征在于：金属过孔排(51)和(52)的长度为9mm，金属过孔排(61)和(62)的长度为1.6mm；矩形区域(10)的长为16mm、宽为4mm；金属过孔排(71)和(72)的总长度为15.5mm；短截线(11)的长为4.85mm,宽为0.6mm。
5.根据权利要求3所述的基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器，其特征在于：所述馈线(4)包括梯形结构、四分之一圆环结构和矩形结构；梯形结构下底面和上底面分别为3.5mm和1.5mm，高为11mm；四分之一圆环结构和矩形结构宽度为1.5mm；所述馈线(4)分别设于上层金属层(1)左上、左下、右上和右下位置，并且通过梯形结构的下底面与波导上表面边缘相连接。
6.根据权利要求3所述的基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器，其特征在于：介质基板(2)采用Rogers 5880板材，介电常数为2.2，长为88mm，宽为30mm，损耗角正切值为0.0009，厚度为0.508mm；基板上层金属层(1)和下层金属层(3)分别为厚度0.035mm的铜。
7.根据权利要求3所述的基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器，其特征在于：
所述半模基片集成波导传输线的截止频率和具体尺寸分别为：
其中fmn代表半模基片集成波导的谐振频率；c表示自由空间中的光速；εr和μr分别代表基片的相对介电常数和磁导率；Weff和Leff分别代表基片集成波导的宽度和长度；W表示等效的矩形波导的宽度；d和p分别代表组成基片集成波导的金属过孔的直径和过孔之间间隙的长度；WH代表所述半模基片集成波导的宽度。
8.根据权利要求3所述的基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器，其特征在于：半模基片集成波导传输线上表面利用两对金属过孔排在波导中轴线两端构成背靠背的半模集成波导结构，并且在这对金属过孔排靠内侧一端布置两对垂直的金属过孔排；加入垂直金属金属过孔排的波导等效为加入了并联的LC谐振电路，其对于整个波导的影响用奇偶模法来分析：
其中Z0表示所述波导传输线的特征阻抗；Z0e和Z0o分别表示加入垂直金属过孔阵列之前的等效电路的偶模阻抗和奇模阻抗；Z0e1和Z0o1分别表示加入垂直金属过孔阵列之后的等效电路的偶模阻抗和奇模阻抗；L1和C1分别表示LC谐振电路的等效电感和等效电容。
9.根据权利要求3所述的基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器，其特征在于：半模基片集成波导传输线上表面中心位置挖出一个没有金属层的矩形区域，在矩形区域长边外侧分别配置两排金属过孔排；矩形区域的宽边两侧中心蚀刻出一对短截线；所述波导上表面通过上述结构构成了一对直通支路和一对耦合支路，形成类似于分支线耦合器的整体结构，波导奇偶模等效电路参数表示为：
其中，A表示耦合支路的等效电容，B表示蚀刻出矩形区域引入的寄生电容和短截线的等效电容；Z1和θ1分别表示直通支路的等效传输线的特征阻抗和电长度。
10.一种基于半模基片集成波导的弱耦合耦合器的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：根据设计参数选择耦合器介质基板；
步骤2：利用下式设计半模基片集成波导传输线进行，
其中，fmn代表半模基片集成波导的谐振频率；c表示自由空间中的光速；εr和μr分别代表基片的相对介电常数和磁导率；Weff和Leff分别代表基片集成波导的宽度和长度；W表示等效的矩形波导的宽度；d和p分别代表组成基片集成波导的金属过孔的直径和过孔之间间隙的长度；WH代表所述半模基片集成波导的宽度；
其中，fmn代表半模基片集成波导的截止频率；c表示自由空间中的光速；εr和μr分别代表基片的相对介电常数和磁导率；Weff和Leff分别代表等效矩形波导的宽度和长度；
根据所需的频段选择其中心频率作为fmn，选择TE10模传输得到等效矩形波导的基片集成波导的宽度Weff；
接着利用公式2，公式3和公式4得出半模基片集成波导的宽度W，d和p分别代表组成基片集成波导的金属过孔的直径和过孔之间间隙的长度；WH代表所述半模基片集成波导的宽度；
步骤3：根据步骤2确定的半模基片集成波导宽度，设计出拥有四端口的采用背靠背形式的基本半模基片集成波导耦合器结构，实现背靠背结构的金属过孔排长度和波导长度根据截止频率波长选取，其中，波导长度应小于3个波长，金属过孔排的长度优化为耦合度为3dB时的长度；
步骤4：利用金属过孔阵列进行弱耦合结构设计，在步骤3设计的金属过孔排靠近内侧端的位置设置一对垂直的金属过孔排，垂直金属过孔排的长度Wve不超过半个半模基片集成波导宽度WH；在波导中心位置蚀刻出一个矩形区域，并在矩形区域的上下设置一对平行的金属过孔排；矩形区域的长度与金属过孔排长度Lp相同，矩形区域的宽度与垂直金属过孔排长度Wve相同；根据设计需要的耦合度对矩形区域的大小进行优化；之后在矩形区域中加入两根对称的短截线结构来补偿整个矩形区域带来的等效电抗，并对短截线的长度Lsmm和宽度Ws进行优化以达到理想的方向性和宽带效果；
步骤5：对耦合器进行微带过渡设计，在半模基片集成波导线和微带线之间加入梯形微带过渡段，通过调整梯形微带过渡段靠近波导线的宽度Wt和Lt，梯形过渡段与微带线进行连接，根据设计频段的中心频率设计微带线的宽度Wm，并根据耦合器的宽带特性进行优化调整，得到满足的设计的半模基片集成波导弱耦合耦合器。
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