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；其中，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矩形区域上侧金属过孔排(71)和矩形区域下侧金属过孔排(72)；所述矩形区域(10)的宽边两侧中心蚀刻出一对短截线(11)，所述一对短截线(11)设置在所述矩形区域(10)内且相向设置，构成了一对直通支路(8)和一对耦合支路(9)。

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左侧水平金属过孔排(51)和右侧水平金属过孔排(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左侧垂直金属过孔排(61)和右侧垂直金属过孔排(62)。

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：左侧水平金属过孔排(51)和右侧水平金属过孔排(52)的长度为9mm，左侧垂直金属过孔排(61)和右侧垂直金属过孔排(62)的长度为1.6mm；矩形区域(10)的长为16mm、宽为4mm；矩形区域上侧金属过孔排(71)和矩形区域下侧金属过孔排(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：加入所述垂直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：所述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设计：

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，得到满足设计的半模基片集成波导弱耦合耦合器。