CN102306862A - 一种宽带共面波导-双面平行双线转换接头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带共面波导-双面平行双线转换接头。采用多节直线渐变结构的宽带共面波导-双面平行双线转换接头，其特征是在介电常数为2-20范围内的介质衬底上，分别设计共面波导段、过渡变换段和双面平行双线，通过控制顶层渐变过渡段的长度、顶层直线过渡段的长度、底层前过渡段倾角的角度、底层后过渡段上倾角的角度、底层后过渡段下倾角的角度、底层后过渡段的长度和底层前过渡段的长度，实现两种传输线之间的过渡转换。
Description
技术领域
本发明涉及采用多节直线渐变结构的宽带共面波导-双面平衡双线转换接头，属于微波技术领域。
背景技术
随着微波集成电路技术的迅速发展，出现了大量平面电路封装结构。因此，在平面电路和天线设计中经常需要实现不同种类传输线之间的过渡转换，这些过渡转换结构大致可分成三大类：非平衡式传输线之间的转换（如：微带线和共面波导之间的过渡转换）、平衡式传输线之间的转换（如：共面双线和槽线之间的过渡转换）、平衡式传输线与非平衡式传输线之间的转换（如：微带线和槽线之间的过渡转换）。
在工作频率较高的情况下，采用平衡式传输线能有效抑制馈线的乱真辐射，而常规测量仪器的接口却往往采用非平衡式传输线（如：同轴探头、共面波导探针等），为了实现两者之间的光滑过渡，研制具有宽频带特性的平衡式-非平衡式传输线转换接头具有极大的实用意义。
另一方面，在平面可集成天线单元和阵列设计中，为了抑制馈线的乱真辐射引入的干扰和损耗，馈电网络设计应尽可能采用平衡式传输线，而输出终端则需要采用非平衡式传输线、以便能直接连接到测量仪器。
故研制宽频带特性的平衡式-非平衡式传输线转换接头对保证天线馈电系统的性能、提高其测量精度也有重要的作用。共面波导和双面平行双线作为两种常用的非平衡式和平衡式平面微波传输线，在微波集成电路设计中有着广泛的应用，所以亟需解决两者之间的过渡转换问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对共面波导到双面平行双线之间的过渡转换问题，提出一种结构简单、具有宽带特性且便于制作实现的共面波导-双面平行双线转换接头，实现两者之间电气特性的光滑过渡。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种宽带共面波导-双面平行双线转换接头，在介质衬底上设置用于连接共面波导段、双面平行双线段的过渡变换段；所述过渡变换段包括顶层渐变过渡段、顶层直线过渡段、底层后过渡段和底层前过渡段，前述各过渡段均为对称结构，其中，
顶层渐变过渡段的一端与共面波导段的顶层馈线输入端连接，顶层渐变过渡段的另一端与顶层直线过渡段的一端连接，顶层直线过渡段的另一端与双面平行双线段的顶层馈线输出端连接；
所述底层前过渡段的一端与双面平行双线段的底层馈线输出端连接，底层前过渡段的另一端与底层后过渡段连接；其中，底层前过渡段、底层后过渡段均为渐变馈线，所述底层前过渡段的渐变馈线与顶层直线过渡段的垂直线形成底层前过渡段倾角；
所述底层后过渡段包括第一渐变馈线、第二渐变馈线以及连接第一、第二渐变馈线的连接馈线；所述第一渐变馈线与顶层直线过渡段的垂直线形成底层后过渡段上倾角，第二渐变馈线与顶层直线过渡段形成底层后过渡段下倾角；
所述底层后过渡段下倾角小于底层前过渡段倾角，底层前过渡段倾角小于底层后过渡段上倾角。
优选的，本发明的宽带共面波导-双面平行双线转换接头，顶层渐变过渡段的长度在1.5-5.5毫米范围内；顶层直线过渡段的长度在3.5-13.5毫米范围内；底层后过渡段的长度在4-8毫米范围内；底层前过渡段的长度在1.5-3.5毫米范围内。
优选的，本发明的宽带共面波导-双面平行双线转换接头，底层前过渡段倾角的角度在40-50度范围内，底层后过渡段上倾角的角度在53-63度范围内、底层后过渡段下倾角的角度在14-24度范围内。
优选的，本发明的宽带共面波导-双面平行双线转换接头，介质衬底的介电常数范围为2-20。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
第一，通过合理设计和调整顶层和底层过渡变换段的尺寸参数，实现共面波导与双面平行双线之间的宽度过渡转换，该转换接头在工作频带内具有较低的插入损耗和良好的阻抗匹配特性。本发明的转换接头具有较小的体积、简单的结构和极低的剖面尺寸，能够有效地实现双面平行双线电路与共面波导电路之间的互联。
第二，工作带宽较宽且插入损耗低，过渡段不采用大尺寸的开口渐变结构以降低高频段的辐射损耗；同时，过渡段只采用直线轮廓而不引入复杂的曲线轮廓，无需借助CAD手段生成复杂的光滑曲线花样，因此结构非常简单，制作容易，特别适用于微波集成电路。
附图说明
图1是转换接头的整体结构示意图。
图2是转换接头的顶层结构示意图。
图3是转换接头的底层结构示意图。
图4是实验测得的一对转换接头之间的回波损耗和传输系数频率特性曲线。
图中标号：1-介质衬底，2-共面波导段，3-过渡变换段，4-双面平行双线段，5-顶层渐变过渡段，6-顶层直线过渡段，7-底层前过渡段倾角，8-底层后过渡段上倾角，9-底层后过渡段下倾角，10-底层后过渡段，11-底层前过渡段。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示，本发明的结构是：转换接头制作在介电常数范围为2-20的介质衬底1的顶层和底层上，由共面波导段2、过渡变换段3和双面平行双线段4组成。双面平行双线4段作为平衡式平面微波传输线，连接馈电网络的输出端，共面波导段2作为常用的非平衡式平面微波传输线，用于连接测量仪器的输入端，而过渡变换段3用于连接共面波导段2与双面平行双线段4。
如图2所示，过渡变换段3包括了顶层渐变过渡段5、顶层直线过渡段6、底层后过渡段10和底层前过渡段11。本发明的共面波导-双面平行双线转换接头，所有过渡段均为直线或直线渐变结构。
如图3所示，其中底层前过渡段的渐变馈线与顶层直线过渡段的垂直线形成底层前过渡段倾角7；底层后过渡段包括第一渐变馈线、第二渐变馈线以及连接第一、第二渐变馈线的连接馈线，其中第一渐变馈线与顶层直线过渡段的垂直线形成底层后过渡段上倾角8，第二渐变馈线与顶层直线过渡段形成底层后过渡段下倾角9；底层后过渡段下倾角9小于底层前过渡段倾角7，底层前过渡段倾角7小于底层后过渡段上倾角8。
优选的，本发明的宽带共面波导-双面平行双线转换接头，顶层渐变过渡段的长度在1.5-5.5毫米范围内；顶层直线过渡段的长度在3.5-13.5毫米范围内；底层后过渡段的长度在4-8毫米范围内；底层前过渡段的长度在1.5-3.5毫米范围内。
优选的，本发明的宽带共面波导-双面平行双线转换接头，底层前过渡段倾角的角度在40-50度范围内，底层后过渡段上倾角的角度在53-63度范围内、底层后过渡段下倾角的角度在14-24度范围内。
下面结合图4给出具体的实施例介绍，附图4给出了介质衬底1按照相对介电常数为3.38、厚度为0.508毫米，顶层渐变过渡段5的长度按照3.5毫米，顶层直线过渡段6的长度按照8.5毫米，底层前过渡段倾角7的角度按照45度，底层后过渡段上倾角8的角度按照58度，底层后过渡段下倾角9的角度按照19度，底层后过渡段10的长度按照6毫米，底层前过渡段11的长度按照2.5毫米实施时，利用矢量网络分析仪测得的一对转换接头之间的回波损耗和传输系数频率特性曲线，其中实线表示传输系数频率特性曲线，虚线表示回波损耗频率特性曲线。可见在1.71-12GHz的频带内，转换接头的回波损耗均低于-10dB，总传输损耗不高于-2.1dB。扣除测量仪器的误差与损耗，单个转换接头传输损耗不高于-1dB，说明该接头具有良好的宽度工作特性。
本发明采用多节直线渐变结构的宽带共面波导-双面平行双线转换接头，工作频带内具有较低的插入损耗和良好的阻抗匹配特性，而且具有较小的体积。本发明解决了共面波导和双面平行双线之间的宽度过渡转换问题，为实现共面波导电路和双面平行双线电路之间的封装互联提供了技术储备，本发明在宽带微波集成电路、平面可集成天馈模块的设计中有着广泛的应用前景。
Claims (4)
1.一种宽带共面波导-双面平行双线转换接头，其特征在于：在介质衬底（1）上设置用于连接共面波导段（2）、双面平行双线段（4）的过渡变换段（3）；所述过渡变换段（3）包括顶层渐变过渡段（5）、顶层直线过渡段（6）、底层后过渡段(10)和底层前过渡段(11)，前述各过渡段均为对称结构，其中，
顶层渐变过渡段（5）的一端与共面波导段的顶层馈线输入端连接，顶层渐变过渡段（5）的另一端与顶层直线过渡段（6）的一端连接，顶层直线过渡段（6）的另一端与双面平行双线段的顶层馈线输出端连接；
所述底层前过渡段（11）的一端与双面平行双线段的底层馈线输出端连接，底层前过渡段（11）的另一端与底层后过渡段（10）连接；其中，底层前过渡段（11）、底层后过渡段（10）均为渐变馈线，所述底层前过渡段（11）的渐变馈线与顶层直线过渡段（6）的垂直线形成底层前过渡段倾角（7）；
所述底层后过渡段（10）包括第一渐变馈线、第二渐变馈线以及连接第一、第二渐变馈线的连接馈线；所述第一渐变馈线与顶层直线过渡段（6）的垂直线形成底层后过渡段上倾角（8），第二渐变馈线与顶层直线过渡段（6）形成底层后过渡段下倾角（9）；
所述底层后过渡段下倾角小于底层前过渡段倾角，底层前过渡段倾角小于底层后过渡段上倾角。
2.根据权利要求1所述的宽带共面波导-双面平行双线转换接头，其特征在于：顶层渐变过渡段（5）的长度在1.5-5.5毫米范围内；顶层直线过渡段（6）的长度在3.5-13.5毫米范围内；底层后过渡段（10）的长度在4-8毫米范围内；底层前过渡段（11）的长度在1.5-3.5毫米范围内。
3.根据权利要求1所述的宽带共面波导-双面平行双线转换接头，其特征在于：底层前过渡段倾角（7）的角度在40-50度范围内，底层后过渡段上倾角（8）的角度在53-63度范围内、底层后过渡段下倾角（9）的角度在14-24度范围内。
4.根据权利要求1所述的宽带共面波导-双面平行双线转换接头，其特征在于：介质衬底（1）的介电常数范围为2-20。
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