CN103339793A - 同轴波导管变换器和脊波导管 - Google Patents
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Abstract
提供了在宽带宽上不易受到制造偏差影响的同轴波导管变换器和脊波导管。根据本发明的示例实施例的同轴波导管变换器包括：包括脊(11)的脊波导管(10)以及与脊波导管(10)无接触地电磁耦合的同轴线(20)。在脊(11)中提供向波导空间(13)侧突出的突出部(12)，突出部(12)的突出量从脊波导管(10)的同轴线侧的端面沿着波导方向逐渐减小，在突出部(12)中提供到达脊波导管(10)的波导空间(13)的通孔(14)，以及将该同轴线(20)的内导体(21)插入在以下位置处的通孔(14)：在脊波导管(10)的该同轴线侧的端面内与该突出部(12)突出的方向相垂直的方向上从该脊波导管(10)的中心发生位移的位置处。
Description
技术领域
本发明涉及同轴波导管变换器和脊波导管。
背景技术
脊波导管具有比矩形波导管低的截止频率，从而呈现出宽带传输特性(专利文献1)。因为脊波导管在低频带中同样具有良好的传输特性，在相同的设计频率上，可以以比矩形波导管小的尺寸来实现脊波导管。采用脊波导管作为射频电路的传输线路具有在相同设计频率上以物理上更小空间来实现射频电路的优点。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本已审专利申请公开No.H06-18287
发明内容
技术问题
作为同轴波导管和脊波导管的变换器，存在从H面将内导体插入的H面耦合构造。此外，在H面耦合构造中，存在短路类型和开路类型。使用图9至11来解释该构造。图9是示意性地示出了H面耦合同轴波导管变换器的斜视图。图10是示出了短路类型的连接构造的侧视图，以及图11是示出了开路类型的连接构造的截面图。
如图9所示，同轴线60的内导体61与来自H面(磁场面)的脊波导管50电磁耦合。在内导体61的外周上提供电介质62。此外，在脊波导管50中提供脊51。则波导空间52在其截面上具有凹面形状。内导体61的末端与脊51接触的构造是如图10所示的短路类型，而内导体61的末端与脊51不接触的构造是如图11所示的开路类型。
在图11中所示的开路类型中，内导体61的电磁场耦合强烈地依赖于内导体61末端的下表面和脊波导管50的上表面之间形成的电容。因此，开路类型具有以下特征：与H中的改变相关联的特性波动极大。图12示出了7GHz模型开路类型的回波损耗特性。如图12所示，在内导体61末端的下表面和脊波导管50的上表面之间的距离H的仅0.05mm的改变，使回波损耗恶化到低于-20dB。因此，存在由于制造偏差导致特性极度恶化的问题。
另一方面，在图10所示的短路类型中，特性稳定。然而，内导体61过于强烈地与脊波导管50中的电磁场耦合，从而妨碍阻抗匹配。此外，由于制造原因，难以实现稳定的电接触。图13示出了7GHz模型短路类型的回波损耗的频率特性。如图13所示，仅插入内导体61以进行连接实现了仅大约-7dB的回波损耗。此外，在H面耦合同轴波导管变换器中，为了实现宽带特性，频率特性强烈地依赖于内导体的尺寸。因此，通常在内导体中形成阶(step)，以匹配阻抗，并且在很多情况下，由于制造原因，这使构造复杂。
如前所述，在H面耦合同轴波导管变换器中存在以下问题：H面耦合同轴波导管变换器容易受到制造偏差影响，并因此容易受到特性恶化的影响。
本发明的目的是提供在宽带宽上不易受到制造偏差影响的脊波导管和同轴波导管变换器。
问题的解决方案
在本发明的示例方案中，一种具有脊的脊波导管包括：突出部，从所述脊向波导空间侧突出，所述突出部的突出量从所述脊波导管的同轴线侧的端面沿着所述脊波导管的波导方向逐渐减小；在所述突出部中提供到达所述脊波导管的波导空间的通孔，所述通孔被布置在以下位置处：在所述脊波导管的所述同轴线侧的端面内与所述突出部突出的方向相垂直的方向上从所述脊波导管的中心发生位移的位置，以及将所述同轴线的内导体插入所述通孔。
在本发明的另一示例方案中，一种同轴波导管变换器包括：具有脊的脊波导管以及同轴线，所述同轴线从所述脊波导管的E面与所述脊波导管无接触地电磁耦合，其中，在所述脊波导管的脊中提供向所述脊波导管的波导空间侧突出的突出部，所述突出部的突出量从所述脊波导管的同轴线侧的端面沿着所述脊波导管的波导方向逐渐减小，在所述突出部中提供到达所述脊波导管的波导空间的通孔，以及将所述同轴线的内导体在以下位置处插入所述通孔：在所述脊波导管的所述同轴线侧的端面内与所述突出部突出的方向相垂直的方向上从所述脊波导管的中心发生位移的位置。
发明的有益效果
根据本发明，能够提供在宽带宽上不易受到制造偏差影响的脊波导管和同轴波导管变换器。
附图说明
图1是示出了根据本发明的示例实施例的同轴波导管变换器的构造的斜视图；
图2是示出了根据本发明的第一示例实施例的同轴波导管变换器的构造的斜视图；
图3是示出了根据本发明的第一示例实施例的同轴波导管变换器的构造的正面图；
图4是示出了根据本发明的第一示例实施例的同轴波导管变换器的构造的斜视图；
图5是示出了根据本发明的该示例实施例的同轴波导管变换器的特性的图；
图6是示出了根据本发明的该示例实施例的同轴波导管变换器的特性的图；
图7是示出了当在中心布置突出部时的同轴波导管变换器的特性的图；
图8是示出了当在中心布置突出部时的同轴波导管变换器的特性的图；
图9是示出了使用H面电磁场耦合的同轴波导管变换器的构造的斜视图；
图10是示出了使用H面电磁场耦合的短路同轴波导管变换器的构造的侧视图；
图11是示出了使用H面电磁场耦合的开路同轴波导管变换器的构造的侧视图；
图12是示出了图10所示的同轴波导管变换器的特性的图；以及
图13是示出了图11所示的同轴波导管变换器的特性的图。
具体实施方式
参考附图来解释本发明的示例实施例。在下文中所解释的示例实施例是本发明的示例，并且本发明不限于以下示例实施例。注意：在说明书和附图中由相同附图标记表示的组件指示相同的组件。
使用图1来解释根据本发明的同轴波导管变换器的构造。根据本发明的同轴波导管变换器包括具有脊11的脊波导管10以及同轴线20，同轴线20从E面与脊波导管10无接触地电磁耦合。在脊波导管10的脊11中提供向脊波导管10的波导空间13侧突出的突出部12。突出部12的突出量从脊波导管10的同轴线侧的端面沿着脊波导管10的波导方向(z方向)逐渐减小。在突出部12中提供到达脊波导管10的波导空间13的通孔14。将同轴线20的内导体21在以下位置处插入通孔14：在脊波导管10的同轴线侧的端面内与突出部12突出的方向(y方向)相垂直的方向(x方向)上从脊波导管10的中心发生位移的位置处。于是，能够实现在宽带宽上不易受到制造偏差影响的同轴波导管变换器。
使用图2至4来解释同轴波导管变换器的具体构造.图2是示意性地示出了同轴波导管变换器的构造的斜视图。图3是示出了同轴波导管变换器的构造的正面图。图4是示出了同轴波导管变换器的构造的侧视图。注意：在本示例中，如图2至4所示，使用三维正交坐标系统来进行解释。波导方向应当是z方向，而与波导方向垂直的正交方向应当分别是x和y方向。在以下解释中，x方向应当是宽度方向，且y方向应当是高度方向。此外，z方向是脊波导管10的波导方向。
同轴波导管变换器包括同轴线20和脊波导管10。同轴线20包括内导体21和电介质22。在电介质22的中心提供内导体21。因此，电介质22环绕由金属制成的内导体21的周围。内导体21与脊波导管10无接触地电磁耦合。在与脊波导管10耦合的部分中，沿着z方向布置内导体21。因此，将内导体21从脊波导管10的E面(电场面)插入脊波导管10的波导空间13中。注意，E面是与xy平面平行的面。
脊波导管10包括脊11。如图3所示，于是，波导空间13在其截面上以几乎凹面形状被形成。在脊波导管10的中心处沿x方向布置脊11。因此，在x方向上脊11的波导空间13的两侧的大小是相等的。以导体(例如，金属)形成脊11。通过形成脊11，脊波导管10变为单波导管。显然，由金属制成的外导体(未示出)环绕波导空间13的周围。
例如，波导空间13的宽度是0.62λ，且波导空间13的高度是0.20λ。脊11的宽度是0.33λ，且脊11的高度是0.1λ。注意，λ是与设计频率相对应的波长。
此外，在脊11中提供向y方向突出的突出部12。因此，仅在x方向上提供突出部12的部分中，在y方向上波导空间13的大小是小的。突出部12在如图3所示的xy平面上是矩形形状。然后，如图2和4所示，突出部12的突出量沿着波导方向(z方向)逐渐减小。在此示例中，突出部12在如图4所示的yz平面上是三角形状。换句话说，以具有与yz平面平行的面作为底面的三角柱形状来形成突出部12。如上所述，在脊11中提供突出部12，突出部12的突出量沿着波导方向逐渐减小。如图4所示，突出部12在侧视图(yz平面)上具有三角形状。然后，突出部12的表面可以制造成平坦的。这有利于制造脊波导管10。当具有矩形形状截面的脊11和具有矩形形状截面的突出部12连接时，相连的截面呈现出凸面形状。
此外，突出部12被布置为在x方向上从波导空间13的中心发生位移。在本示例中，突出部12在+x方向上从波导空间13的中心发生位移。因此，在x方向上在突出部12两侧的波导空间13的大小是不同的。在本示例中，如图3所示，突出部12的+x侧的波导空间13比-x侧的波导空间13小。
在突出部12中形成通孔14。在xy平面上，在突出部12的中心处布置通孔14。通孔14从脊波导管10的同轴线侧的端面向波导空间13穿过。在此通孔14中插入内导体21。通孔14在xy平面上是圆形。与z方向平行地提供通孔14。通孔14的直径比内导体21的直径大约大1.5倍。当通孔14的直径比内导体的直径大1.5倍时，能够防止内导体21与脊11接触。即，即使有微小的制造偏差，内导体21也将不会与金属接触。于是，内导体21与脊波导管10无接触地电磁耦合。由xy平面上突出部12的导体来环绕通孔14。
如图4所示，同轴线20通过连接器23与脊波导管10相连。详细地，连接器23将同轴线20固定到脊波导管10，使得可以将内导体21从脊波导管10的E面(电场面)插入通孔14。例如，可以使用市售的SMA连接器作为连接器23。可以通过探索连接器23的插入长度和突出部12的形状的参数，来实现阻抗匹配。换句话说，可以通过调整内导体21的插入长度和突出部12的形状，对阻抗进行匹配。这相对容易地实现了阻抗匹配。
同轴线20的内导体21与脊波导管10的脊11电磁耦合。即，内导体21经由突出部12与脊波导管10进行RF耦合。脊波导管10的电磁场分布与双导体系统TEM模式接近，双导体系统TEM模式将脊11视为内导体21。因为脊波导管10具有较低的截止频率，使用脊波导管10作为宽带宽上的传输线。脊波导管10的截面上的电磁场分布类似于同轴线20的电磁场分布。鉴于此，当同轴线20的内导体21与脊波导管10的脊11电磁耦合时，可以相对容易地实现阻抗匹配。
此外，内导体21与脊11电磁耦合的位置从脊波导管的中心发生位移。具体地，将通孔14布置在以下位置处：在脊波导管10的同轴线20侧的端面内与突出部12突出的方向(y方向)相垂直的方向(x方向)上从脊波导管10中心发生位移的位置。于是，可以移动阻抗中发生双谐振的频率。以此方式恰当地选择通孔的位置允许比当在中心处布置突出部12时更大的带宽增加。
这还降低了由于制造偏差造成的特性的恶化。具体地，即使当发生制造偏差时，可以防止回波损耗特性的恶化。例如，通孔14中的制造偏差应当是DX和DY。如图3所示，DX是内导体21中心在x方向上从通孔14的中心发生的位移，且DY是内导体21中心在y方向上从通孔14的中心发生的位移。即，当通孔14的中心和内导体21的中心在xy平面上匹配时，DX和DY是零。此外，如图4所示，内导体21的插入长度应当是HH。当插入长度HH与设计值发生位移时，内导体21的末端位置与设计值发生位移。这些偏差倾向于在制造时发生。
使用图5至8来解释根据本示例实施例的同轴波导管变换器的特性。图5和6是示出了根据本示例实施例的同轴波导管变换器的回波损耗的频率特性的图。图7和8是示出了在图2至4中示出的同轴波导管变换器中当突出部12以x方向放置在波导空间13的中心时回波损耗的频率特性的图。图5和7示出了频率特性连同HH相对于设计值的改变。此外，图6和8示出了频率特性连同DX和DY相对于设计值的改变。此处解释了6.5GHz频带模型的回波损耗的频率特性。
在根据本示例实施例的同轴波导管变换器中，即使H中具有两倍或更多倍的制造偏差值，回波损耗将不会恶化到-20dB以下。类似地，在根据本示例实施例的同轴波导管变换器中，即使DX和DY中具有两倍或更多倍的制造偏差值，回波损耗将不会恶化到-20dB以下。即使当内导体21从通孔14的中心发生位移时，可以以此方式来防止回波损耗恶化。此外，与回波损耗低于或等于-20dB的部分带宽相比，当突出部12放置在中心时，部分带宽是大约30％，而利用根据本发明的构造，部分带宽是大约45％。因此，还可以实现宽带特性。
在脊波导管10中，将同轴线20的内导体21从E面插入脊波导管10中。于是，脊11与内导体21无接触地电磁耦合。这实现了还在宽带宽上不易受到制造偏差影响的同轴波导管连接变换器。
此外，从E面插入脊波导管10的同轴线20的内导体与从脊11突出的突出部12无接触地电磁耦合。在突出部12中提供了具有比内导体21直径大1.5倍的直径的孔。这确保了防止内导体21和突出部12之间的接触。如图3所示，在x方向上将突出部12布置在从脊波导管10的中心发生位移的位置处。
主要通过内导体21的插入长度和突出部12的形状来实现阻抗匹配。可以使用一般的SMA连接器的大小来设计内导体21的直径。更具体地，可以利用该大小来设计通孔14的大小，以允许将用于SMA连接器的内导体21插入通孔14。如上所述，即使当发生制造偏差时，这实现小于或等于-20dB的回波损耗带宽中大约45％的宽带特性。因为根据本示例实施例的同轴波导管变换器可以是无接触连接的，特性可以稳定。此外，因为同轴波导管变换器不易受到制造偏差的影响，同轴波导管变换器具有巨大潜力作为标准连接电路构造。
尽管已经参考示例实施例来描述了本发明，但本发明不受限于上文。可以对本发明的构造和细节作出在本发明范围中的由本领域技术人员可理解的各种修改。
本申请要求并基于2011年1月25日提交到日本专利局的日本专利申请No.2011-12702的优先权，其全部内容通过引用方式并入本文中。
工业实用性
根据本发明的同轴波导管变换器可应用于简单无线设备的输入单元中的RF(射频)发送/接收分离电路的连接部分。
附图标记列表
10 脊波导管
11 脊
12 突出部
13 波导空间
14 通孔
20 同轴线
21 内导体
22 电介质
23 连接器
50 脊波导管
51 脊
53 波导空间
60 同轴线
61 内导体
62 电介质
Claims (9)
1.一种包括脊的脊波导管，包括：
突出部，从所述脊向波导空间侧突出，其中
所述突出部的突出量从所述脊波导管的同轴线侧的端面沿着所述脊波导管的波导方向逐渐减小，
在所述突出部中提供到达所述脊波导管的波导空间的通孔，
所述通孔被布置在以下位置处：在所述脊波导管的所述同轴线侧的端面内与所述突出部突出的方向相垂直的方向上从所述脊波导管的中心发生位移的位置，以及
将所述同轴线的内导体插入所述通孔。
2.根据权利要求1所述的脊波导管，其中，所述突出部在包括所述波导方向在内的侧视图中是三角形状。
3.根据权利要求1或2所述的脊波导管，其中，所述突出部在所述同轴线侧的端面上是矩形形状。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的脊波导管，其中，在所述同轴线侧的端面上，所述通孔被布置在所述突出部的中心。
5.一种同轴波导管变换器，包括：
包括脊的脊波导管；以及
同轴线，所述同轴线从所述脊波导管的E面与所述脊波导管无接触地电磁耦合，其中
在所述脊波导管的脊中提供向所述脊波导管的波导空间侧突出的突出部，
所述突出部的突出量从所述脊波导管的同轴线侧的端面沿着所述脊波导管的波导方向逐渐减小，
在所述突出部中提供到达所述脊波导管的波导空间的通孔，以及
将所述同轴线的内导体在以下位置处插入所述通孔：在所述脊波导管的所述同轴线侧的端面内与所述突出部突出的方向相垂直的方向上从所述脊波导管的中心发生位移的位置。
6.根据权利要求5所述的同轴波导管变换器，其中，所述突出部在包括所述波导方向在内的侧视图中是三角形状。
7.根据权利要求5或6所述的同轴波导管变换器，其中，所述突出部在所述同轴线侧的端面上是矩形形状。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的同轴波导管变换器，其中，在所述同轴线侧的端面上，所述通孔被布置在所述突出部的中心。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的同轴波导管变换器，其中，所述通孔的直径比所述同轴线的直径大1.5倍。
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