CN102176522A - 金属矩形波导与微带线间的转换装置及转换方法 - Google Patents

金属矩形波导与微带线间的转换装置及转换方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属矩形波导与微带线间的转换装置，包括：波导转换端，以及与波导转换端相连接的微带线转换端；波导转换端包括波导段和波导过渡段，波导段包括宽边和窄边；波导过渡段为波导段的窄边以直线减高形式收缩至波导转换端和微带线转换端的连接面处，且在该区域的宽边方向均匀填充介质体；微带线转换端包括宽度与金属矩形波导宽度相同的基带板，以及设置在基带板上的微带线。电磁波从波导转换端到微带线转换端实现了波导传播到微带线传播之间的有效转换。该装置只涉及直线平面结构，结构简单，制造过程简便，而且，不涉及对频率敏感的几何结构，其工作频段仅受限于波导自身的工作频段，因此，具有宽频带特性。

Description

金属矩形波导与微带线间的转换装置及转换方法
技术领域
本发明涉及电磁波传输技术领域，特别是涉及金属矩形波导与微带线间的转换装置及转换方法。
背景技术
在电磁波的传输领域中，尤其是在微波或毫米波的传输过程中，通常需要将微波信号在波导和微带线之间进行传输，此时，就需要一种能够有效转换波导和微带传输线之间能量的转换装置。
现有技术中一种微带线与金属矩形波导之间的转换器，采用平板结构，该平板与金属矩形波导相交处设置有通孔，独立片包括一个微带线终端并可在通孔上进行调整，该微带线终端与所述平板上的一个微带线末端相吻合。这种转换装置结构复杂，对加工工艺要求较高，而且这种转换装置涉及频率敏感尺寸结构，故此种金属波导和微带线间的转换装置的工作频段受到限制。
现有技术中另一种微波传输带与波导管之间的转换器，在介电基片上安装微波传输带和波导管，开口区域侧壁上的阶梯形结构的一部分与微波传输带导电相连。波导侧壁在基片上形成金属化层的凹槽，基片上下金属化层导电穿通接触，包围所述凹槽，这种转换装置结构精细复杂，加工困难，有频率限制。
上述两种微带线与波导之间的转换器都存在结构复杂、加工困难，无法批量生产加工，而且，工作频段较窄，适用范围小。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种金属矩形波导与微带线间的转换装置及转换方法，以实现结构简单加工简便，并且其工作频段宽，适用范围广，技术方案如下：
一种金属矩形波导与微带线间的转换装置，包括：波导转换端，以及与所述波导转换端相连接的微带线转换端；
所述波导转换端包括波导段和波导过渡段，所述波导段包括宽边和窄边；所述波导过渡段为所述波导段的窄边以直线减高形式收缩至所述波导转换端和所述微带线转换端的连接面处，且在该区域的宽边方向均匀填充介质体；
所述微带线转换端包括宽度与所述金属矩形波导宽度相同的基带板，以及设置在所述基带板上的微带线。
优选地，所述微带线与所述金属矩形波导相连的一端为所述金属矩形波导宽度，另一端为预设阻抗宽度。
优选地，所述介质体与所述波导转换端的金属壁通过导电胶体相连接。
优选地，所述微带线转换端的微带线与所述波导转换端的金属壁导电相连。
优选地，所述介质体的介电常数与所述基带板的介电常数相适配。
优选地，上述装置还包括：
设置在波导转换端外围的波导转换端固定装置和设置在微带线转换端的微带线转换端固定装置。
一种金属矩形波导与微带线转换方法，包括：
将金属矩形波导的电磁波传输方向上进行减高渐变后与微带线相匹配，所述微带线与所述金属矩形波导相连一端的宽度与所述金属矩形波导的宽度相同，且所述微带线通过微带电路的匹配电路转换得到预设阻抗宽度的微带线。
优选地，所述将金属矩形波导的电磁波传输方向上进行减高渐变后与微带线相匹配具体为：
增加所述金属矩形波导在电磁波传输方向上的长度，降低所述金属矩形波导的高度，同时填充电磁波介质体，直到与所述微带线相连接。
由以上本发明实施例提供的技术方案可见，该金属矩形波导与微带线间的转换装置，电磁波从波导转换端的波导段进入，经过部分填充介质体的波导过渡段，该波导过渡段以直线减高形式收缩至与波导转换端相连接的微带线转换端的连接面，该介质体与所述连接面紧密相连，从而实现了波导与微带线结构之间的转变。微带线转换端为微带线变阻抗匹配结构，其与波导转换端相连接的一端为波导宽度，另一端为所需阻抗宽度，电磁波从波导转换端到微带线转换端实现了从波导传播到微带线传播之间的有效转换。该装置只涉及直线平面结构，结构简单，制造过程简便，而且，该转换装置不涉及对频率敏感的几何结构，其工作频段仅受限于波导自身的工作频段，因此，具有宽频带的特性，适用范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种金属矩形波导与微带线间转换装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中的金属矩形波导与微带线间的转换装置的插入损耗曲线图；
图3为本发明实施例金属矩形波导与微带线间转换装置用机械固定装置的结构示意图；
图4为本发明实施例另一种金属矩形波导与微带线间转换装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
参见图1，图1所示为本发明实施例一种金属矩形波导与微带线间转换装置的结构示意图，该装置包括：波导转换端100，以及与波导转换端100相连接的微带线转换端200，其中：
波导转换端100包括波导段101和波导过渡段102，其中，所述波导段101可以采用长方体结构，波导段101上表面的宽边101a和窄边101b。
波导过渡段102在波导段101的窄边101b方向上，以直线减高形式收缩至与微带线转换端相连接的连接面300的高度，在波导过渡段102，且在所述波导段101的宽边101a方向上均匀填充介质体。如图1所示，填充介质的区域为：以101b、m、n、h、i五条边组成的多边形为底面，在宽边101a方向上填充介质体。本领域技术人员可以理解的是，波导与微带线间转换要求不同时，介质体填充区域也不相同，图1中所示的介质体填充区域的形状仅仅是一个具体的实例，不能限制本发明的公开和保护范围。
介质体通过导电胶体与波导转换端100的四侧金属壁相连接，保证电磁波中的绝大部分在介质体中传播。
其中，介质体与所述微带线转换端200相连接的一端的端面与所述连接面300相同，以保证介质体在波导过渡段102内放置时能够与微带线转换端200的连接面300重合，从而保证电磁波能够在波导传播和微带线传播之间进行有效转换。
微带线转换端200，包括基带板201，以及设置在基带板201上的微带线202，基带板201上与设置有微带线202相对的另一面与地面接触。微带线202的厚度、宽度、与地层的距离(即基带板的厚度)，以及基带板的介电常数决定了微带线的特性阻抗。所述基带板选用微波可穿透的材料，具体所选用材料根据微带线的工作频段决定。
其中，微带线202为微带线变阻抗匹配结构，且该匹配结构与波导转换端100相连接的一端为波导宽度，另一端为所需阻抗宽度。
本实施例中的金属矩形波导与微带线间的转换装置具体可以用于WR-28波导与50欧姆微带线之间的转换，即波导转换端100采用Ka频段WR-28标准波导，微带线202采用标准50欧姆阻抗线。介质体应该选择介电常数与微带线转换端200的基带板201介电常数相接近的介质体，本实施例中介质体与基带板201材料相同，具体可以为介电常数为2.2的聚四氟乙烯。
上述只是一个具体的应用实例，不能造成对本发明的公开和保护范围的限制。
微带线转换端200与波导过渡段102相连接部分的连接面300，与波导过渡段102的四侧金属壁导电相连，且与介质体紧密相连，具体可以通过导电胶体连接。
参见图2，图2为本实施例提供的金属矩形波导与微带线间的转换装置的插入损耗曲线图，表明所述转换装置带来的插入损耗。
插入损耗是指在传输系统的某处由于元件或器件的插入而发生的负载功率的损耗，它表示为该元件或器件插入前负载上所接收到的功率与插入后同一负载上所接收到的功率以分贝为单位的比值，该参数是衡量转换器性能好坏的重要指标。
如图2所示，本实施例中的金属矩形波导与微带线间的转换装置的插入损耗曲线在KA波段内插入损耗小于1.5dB，且波动小于1dB，表明该转换装置的插入损耗很小，性能很好。
本实施例中的金属矩形波导与微带线间的转换装置，电磁波从波导转换端的波导段进入，经过部分填充介质体的波导过渡段，该波导过渡段以直线减高形式收缩至与波导转换端相连接的微带线转换端的连接面，该介质体与所述连接面紧密相连，从而实现了波导与微带线结构之间的转变。微带线转换端为微带线变阻抗匹配结构，其与波导转换端相连接的一端为波导宽度，另一端为所需阻抗宽度，电磁波从波导转换端到微带线转换端实现了从波导传播到微带线传播之间的有效转换。该装置只涉及直线平面结构，结构简单，制造过程简便，而且，该转换装置不涉及对频率敏感的几何尺寸结构，其工作频段仅受限于波导自身的工作频段，因此，具有宽频带的特性，适用范围广。
参见图3和图4，图3为本发明实施例一种金属矩形波导与微带线间转换装置用机械固定装置的结构示意图；图4为本发明实施例另一种金属矩形波导与微带线间的转换装置的结构示意图，所述金属矩形波导与微带线间转换装置还包括：设置在波导转换端和微带线转换端外围的机械固定装置400。
具体实施时，机械固定装置400，包括上固定装置401和下固定装置402，具体的，所述下固定装置402可以为阶梯状长方体结构，且其上设置有用于固定波导转换装置100和微带线转转装置200的U形槽，其中微带线转换装置上设置有微带线的一面朝上。
上固定装置401为长方体结构，放置好所述波导与微带线间转换装置后，上固定装置401固定在所述下固定装置402的水平面较低的阶梯上，此时，上固定装置401的上表面与另一水平面较高的阶梯的上表面处于同一水平面。该机械固定装置在波导转换端的纵截面为“回”字形，在微带线转换端的纵截面为“凹”字形。
由于，机械固定装置的上固定装置和下固定装置均为直线轮廓，可以通过固定螺钉将上下固定装置固定在一起即可，因此具有制作工艺简单，成本低等优点。
本发明实施例还提供一种金属矩形波导与微带线转换方法，包括：将金属矩形波导的电磁波传输方向上进行减高渐变后与微带线相匹配，所述微带线与所述金属矩形波导相连一端的宽度与所述金属矩形波导的宽度相同，且所述微带线通过微带电路的匹配电路转换得到预设阻抗宽度的微带线。
优选地，所述将金属矩形波导的电磁波传输方向上进行减高渐变后与微带线相匹配具体为：
增加所述金属矩形波导在电磁波传输方向上的长度，降低所述金属矩形波导的高度，同时填充电磁波介质体，直到与所述微带线相连接。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种金属矩形波导与微带线间的转换装置，其特征在于，包括：波导转换端，以及与所述波导转换端相连接的微带线转换端；
所述波导转换端包括波导段和波导过渡段，所述波导段包括宽边和窄边；所述波导过渡段为所述波导段的窄边以直线减高形式收缩至所述波导转换端和所述微带线转换端的连接面处，且在该区域的宽边方向均匀填充介质体；
所述微带线转换端包括宽度与所述金属矩形波导宽度相同的基带板，以及设置在所述基带板上的微带线。
2.根据权利要求1所述的金属矩形波导与微带线间的转换装置，其特征在于，所述微带线与所述金属矩形波导相连的一端为所述金属矩形波导宽度，另一端为预设阻抗宽度。
3.根据权利要求2所述的金属矩形波导与微带线间的转换装置，其特征在于，所述介质体与所述波导转换端的金属壁通过导电胶体相连接。
4.根据权利要求3所述的金属矩形波导与微带线间的转换装置，其特征在于，所述微带线转换端的微带线与所述波导转换端的金属壁导电相连。
5.根据权利要求4所述的金属矩形波导与微带线间的转换装置，其特征在于，所述介质体的介电常数与所述基带板的介电常数相适配。
6.根据权利要求5所述的金属矩形波导与微带线间的转换装置，其特征在于，还包括：
设置在波导转换端外围的波导转换端固定装置和设置在微带线转换端的微带线转换端固定装置。
7.一种金属矩形波导与微带线转换方法，其特征在于，包括：
将金属矩形波导的电磁波传输方向上进行减高渐变后与微带线相匹配，所述微带线与所述金属矩形波导相连一端的宽度与所述金属矩形波导的宽度相同，且所述微带线通过微带电路的匹配电路转换得到预设阻抗宽度的微带线。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述将金属矩形波导的电磁波传输方向上进行减高渐变后与微带线相匹配具体为：
增加所述金属矩形波导在电磁波传输方向上的长度，降低所述金属矩形波导的高度，同时填充电磁波介质体，直到与所述微带线相连接。
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