CN104934676B - 一种毫米波频段波导‑微带过渡结构的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种毫米波频段波导‑微带过渡结构的实现方法，该方法的步骤包括：1在波导一侧的宽壁上开设窄槽；2选取介质基板，并在该介质基板正反两面上进行金属薄膜图形溅射，在正面形成50欧姆微带传输线、微带阻抗变换线、定位标记电路和探针电路，在背面形成具有延伸部分的金属层，将探针电路由传统的悬置带线改进为微带线与悬置带线的组合形式；3将介质基板的背面通过导电胶粘接在窄槽内，探针电路垂直悬空在波导内。该方法得到的波导‑探针电路过渡结构，适用于毫米波甚至更高频段的微波产品，在确保过渡结构性能优良的前提下，大大降低了由于人工装配带来的不确定性影响，保证了产品装配的一致性。

Description

一种毫米波频段波导-微带过渡结构的实现方法

技术领域

本发明涉及微波技术领域，特别涉及一种毫米波频段波导-微带过渡结构的实现方法。

背景技术

随着应用频段的不断提升，微波产品的工程实现离不开波导-微带的过渡转换，插入损耗低、反射系数小、装配一致性好是对该类结构最基本的要求，常用的波导-微带过渡转换结构主要有三种形式：(1)对极鳍线过渡；(2)阶梯加脊波导过渡；(3)耦合探针过渡，其中耦合探针过渡包括同轴探针过渡和探针电路过渡两种形式。在毫米波频段，许多系统对体积、重量等有特殊的要求，且转换结构要与平面微带进行一体化设计，因此波导-微带探针过渡转换结构的优势就十分明显，在毫米波甚至更高的频段，其已经得到了广泛的工程应用。

经典的波导-微带探针过渡结构如图1～3所示，该结构包括介质基板3和波导2，1为波导一侧的宽壁，其中，介质基板3的正面溅射有微带传输线41、微带阻抗变换线42和探针电路43，介质基板3的背面溅射金属薄膜44，该金属薄膜的覆盖区域截止到探针电路43的起始端。在装配时需要保证探针电路43悬空放置在波导2中，微带阻抗变换线42以及微带传输线41部分用导电胶粘在窄槽中，使探针电路43形成悬置带线。现有研究成果都集中于如何从理论仿真的角度优化探针宽度、长度以及其距波导短路面的距离等参数，使波导-微带探针过渡的性能更好，但在实际工程应用中不难发现：过渡性能的好坏不仅取决于探针宽度、长度以及其距波导短路面的距离等参数的优化组台，而且还与装配密切相关，因为在毫米波甚至更高频段的波导-微带探针过渡结构的波导腔体尺寸、传输过渡微带线往往尺寸比较小，通过人工操作很难保证如图1～2所示的理想装配状态，装配所引入的误差在所难免，主要表现为两个问题：①由于导电胶具有液态金属特性，当把介质基板的背面用导电胶粘贴到窄槽中时，导电胶会朝探针电路的方向溢出，导致悬置带线相对变短，输入阻抗发生变化；②高低阻抗匹配线的起始端与波导和窄槽连接处无法完全对齐，导致实际过渡结构的高阻抗线等效电感值和探针电路的输入阻抗与设计值存在偏差。在毫米波甚至更高频段，这些偏差所引入寄生参数的影响较明显，从而影响到了波导-微带探针过渡的性能，而且批量装配时一致性较差，这也是通过人工装配很难完美解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种毫米波频段波导-微带过渡结构的实现方法，可以得到波导-微带探针过渡结构，适用于毫米波甚至更高频段的微波产品，该实现方法在确保过渡结构性能不变的情况下，大大降低了由于人工装配带来的不确定性影响，保证了产品装配的一致性，避免了由于装配误差引入的微波调试工作量，设计灵活性大、可靠性高，可以大大提高毫米波产品的批量生成成品率，降低生产成本。

本发明的上述目的通过以下方案实现：

一种毫米波频段波导-微带过渡结构的实现方法，包括以下步骤：

(1)、在矩形波导一侧的宽壁上开设垂直于波导信号传播方向的凹槽，所述凹槽与波导贯通；

(2)、选取与所述凹槽形状匹配的介质基板，采用溅射工艺在介质基板的正面和背面上形成设定图形的金属薄膜，介质基板的纵向两端分别为A端和B端其中：

介质基板正面的金属薄膜包括金属导带线和N个定位标记电路；其中，金属导带线位于介质基板正面中心线上，且所述金属导带线包括依次连接的微带传输线、微带阻抗变换线和探针电路，依次分布方向为从A端到B端；N个定位标记电路位于金属导带线的两侧，且所述N个定位标记电路的中心连线垂直于金属导带线的中心轴线，用于对微带阻抗变换线与探针电路连接端的位置进行标识；N为正整数且N>1；

介质基板背面的金属薄膜覆盖A端所在基板边缘到直线C的区域，其中，直线C位于介质基板背面上且垂直于介质基板的中心轴线，所述背面金属薄膜覆盖区域的长度L>L_c+L_R，其中，L_c为微带传输线的长度，L_R为微带阻抗变换线的长度；

(3)、以N个定位标记电路为标识，将微带传输线和微带阻抗变换线所在一端的介质基板固定在凹槽中，即通过导电胶将所述介质基板的背面粘接在凹槽内，探针电路垂直悬空在波导内。

上述的毫米波频段波导-微带过渡结构的实现方法，在步骤(2)中，介质基板正面的N个定位标记电路分布在介质基板的左右侧边缘，且N＝2。

上述的毫米波频段波导-微带过渡结构的实现方法，在步骤(2)中，传输线为50欧姆微带传输线。

上述的毫米波频段波导-微带过渡结构的实现方法，在步骤(2)中，采用溅射工艺在介质基板的正面形成设定图形的金属导带线，所述金属导带线的形状、尺寸根据设定的微带传输线、微带阻抗变换线和探针电路的形状、尺寸确定。

上述的毫米波频段波导-微带过渡结构的实现方法，在步骤(2)中，介质基板背面的金属薄膜覆盖区域的长度L满足如下条件：0<L-(L_c+L_R)≤0.5mm。

上述的毫米波频段波导-微带过渡结构的实现方法，：在步骤(2)中，介质基板正面的定位标记电路为矩形金属薄膜，且所述矩形块的长度和宽度均小于或等于0.3mm。

上述的毫米波频段波导-微带过渡结构的实现方法，每个定位标记电路存在两条平行边与介质基板的中心轴线垂直，且其中靠近介质基板B端的那条边位于微带阻抗变换线与探针电路连接端的位置。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)、本发明在介质基板的正面设置定位标记电路，用于标示微带阻抗变换线与探针电路的连接端所在位置，利用该定位标记电路标示的位置，可以准确定位介质基板在凹槽中的安装位置，这样便于人工进行装配时将微带阻抗变换线的起始端与波导和窄槽的连接处完全对齐，并且该定位标记电路采用溅射工艺与金属导带线一次成形，不会增加导带线加工的工艺难度；

(2)、本发明在介质基板背面溅射形成金属薄膜时，使金属薄膜的覆盖区域长度大于传输线和阻抗变换线的总长度，也就是将悬置在波导中的探针电路由传统的悬置带线改进为微带线与悬置带线的组合形式，因此在把介质基板底面用导电胶粘贴到窄槽中时，由于背面延伸金属层的存在，导电胶朝探针电路方向的溢出不会造成探针电路尺寸的改变，从而确保波导-微带过渡结构的性能不受由人工装配所引入误差的影响。

附图说明

图1为现有技术中毫米波频段波导-微带过渡结构的正面示意图；

图2为现有技术中毫米波频段波导-微带过渡结构的背面示意图；

图3为现有技术中毫米波频段波导-微带过渡结构中，介质基板正面和背面的金属薄膜分布区域示意图；

图4为本发明的毫米波频段波导-微带过渡结构的正面示意图；

图5为本发明的毫米波频段波导-微带过渡结构的背面示意图；

图6为本发明的毫米波频段波导-微带过渡结构中，介质基板正面和背面的金属薄膜分布区域示意图。

图7应用本发明设计方法设计的波导-微带探针过渡结构的实测结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明的毫米波频段波导-微带过渡结构的实现方法，包括以下步骤：

(1)、如图4所示，在矩形波导一侧的宽壁1上开设垂直于波导信号传播方向的凹槽，所述凹槽与波导2贯通；

(2)、选取与所述凹槽形状匹配的介质基板3，采用溅射工艺在介质基板的正面和背面上形成设定图形的金属薄膜，介质基板3的纵向两端分别为A端和B端其中：

如图4所示的过渡结构正面视图，介质基板正面的金属薄膜包括金属导带线和N个定位标记电路45；其中，金属导带线位于介质基板正面中心线上，且所述金属导带线包括依次连接的50欧姆微带传输线41、微带阻抗变换线42和探针电路43，依次分布方向为从A端到B端；N个定位标记电路45位于金属导带线的两侧，且所述N个定位标记电路45的中心连线垂直于金属导带线的中心轴线，用于对微带阻抗变换线42与探针电路43连接端的位置进行标识；N为正整数且N>1。如图4所示的实施例中，介质基板正面的2个定位标记电路分布在介质基板的左右侧边缘，并且该定位标记电路为长度和宽度均小于或等于0.3mm的矩形金属薄膜。其中，每个定位标记电路存在两条平行边与介质基板的中心轴线垂直，且其中靠近介质基板B端的那条边位于微带阻抗变换线与探针电路连接端的位置。

如图5所示的过渡结构背面视图，介质基板背面的金属薄膜44覆盖A端所在基板边缘到直线C的区域(图中441代表金属薄膜44涂胶区域，442代表金属薄膜44不涂胶区域)，其中，直线C位于介质基板背面上且垂直于介质基板的中心轴线，如图6所示的过渡结构正面金属薄膜和背面金属薄膜覆盖区域的对比图可以看出，背面金属薄膜覆盖区域的长度L>L_c+L_R，其中，L_c为传输线的长度，L_R为阻抗变换线的长度，这样使金属薄膜的覆盖区域长度大于传输线和阻抗变换线的总长度，悬置在波导中的探针电路43由微带线与悬置带线组合形成，因此在把介质基板底面用导电胶粘贴到窄槽中时，由于背面延伸金属层的存在，导电胶朝探针电路方向的溢出不会造成探针电路尺寸的改变，从而确保波导-微带过渡结构的性能不受由人工装配所引入误差的影响。在本实施例中，介质基板背面的金属薄膜覆盖区域的长度L满足如下条件：0<L-(L_c+L_R)≤0.5mm。

(3)、以N个定位标记电路45为标识，将50欧姆微带传输线41和微带阻抗变换线42所在一端的介质基板3固定在凹槽中，即通过导电胶将所述介质基板的背面粘接在凹槽内，探针电路43垂直悬空在波导内。

实施例：

在本实施例中，采用本发明的实现方法得到一个37GHz的波导-微带探针过渡结构，用于微波成像探测仪的37GHz接收前端组件。

其中，系统对该37GHz接收前端组件的指标要求如下：

工作频率：37GHz±1GHz；

噪声系数：≤4.0dB；

波导型号：BJ320；

通道数量：6路。

通过以上的指标要求可以看出，该37GHz接收前端组件对波导-微带探针过渡结构的插入损耗和装配一致性都有较严格的要求，结合整个接收前端链路分析，相应的波导-微带探针过渡结构的技术指标如下：

插入损耗：<0.4dB；

回波损耗：<-17dB。

如果采用现有的波导-微带探针过渡结构的实现方法，在装配过程中所引入的误差很难保证结构的良好性能与较高的一致性，将会导致该毫米波产品的成品率偏低，因此在本实例中，采用本发明的实现方法设计了一个37GHz的波导-微带探针过渡结构，其工作频段覆盖了30.0～42.5GHz。

根据仿真所得数据进行实物加工，为了能够方便测试毫米波频段波导-微带的过渡性能，将两个相同的结构“背靠背”组成一个测试结构，即波导-微带-波导的结构。对该“背靠背”转换过渡结构的性能进行测试，测试结果如图7所示，其中，可以看出在35.5GHz到38.5GHz频率范围，待测设备插入损耗约为1.0dB，扣除两个连接波同转换引入的损耗(单个波同转换插入损耗约为0.15dB)，即单个波导-微带探针过渡结构过渡插损约为0.35dB，端口回波损耗最大值为-18.78dB。

此外对另外5只相同的波导-微带探针过渡结构进行了测试，指标相当，一致性较好。因此可以证明本发明的方法，最大限度的消除了毫米波频段波导-微带探针过渡结构在人工装配过程中所引入的影响，降低了工艺装配的难度，保证了产品的性能，提高了产品批量生产的成品率。

以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种毫米波频段波导-微带过渡结构的实现方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)、在矩形波导一侧的宽壁上开设垂直于波导信号传播方向的凹槽，所述凹槽与波导贯通；

(2)、选取与所述凹槽形状匹配的介质基板，采用溅射工艺在介质基板的正面和背面上形成设定图形的金属薄膜，介质基板的纵向两端分别为A端和B端，其中：

介质基板正面的金属薄膜包括金属导带线和N个定位标记电路，其中，金属导带线位于介质基板正面中心线上，且所述金属导带线包括依次连接的微带传输线、微带阻抗变换线和探针电路，依次分布方向为从A端到B端；N个定位标记电路位于金属导带线的两侧，且所述N个定位标记电路的中心连线垂直于金属导带线的中心轴线，用于对微带阻抗变换线与探针电路连接端的位置进行标识；N为正整数且N>1；

介质基板背面的金属薄膜覆盖A端所在基板边缘到直线C的区域，其中，直线C位于介质基板背面上且垂直于介质基板的中心轴线，所述背面金属薄膜覆盖区域的长度L>L_c+L_R，其中，L_c为微带传输线的长度，L_R为微带阻抗变换线的长度；

(3)、通过导电胶将所述介质基板的背面粘接在凹槽内，其中：以N个定位标记电路为标识，将传输线和阻抗变换线所在一端的介质基板固定在凹槽中，探针电路垂直悬空在波导内。

2.根据权利要求1所述的一种毫米波频段波导-微带过渡结构的实现方法，其特征在于：在步骤(2)中，介质基板正面的N个定位标记电路分布在介质基板的左右侧边缘，且N＝2。

3.根据权利要求1所述的一种毫米波频段波导-微带过渡结构的实现方法，其特征在于：在步骤(2)中，微带传输线为50欧姆传输线。

4.根据权利要求1所述的一种毫米波频段波导-微带过渡结构的实现方法，其特征在于：在步骤(2)中，采用溅射工艺在介质基板的正面形成设定图形的金属导带线，所述金属导带线的形状、尺寸根据设定的微带传输线、微带阻抗变换线和探针电路的形状、尺寸确定。

5.根据权利要求1所述的一种毫米波频段波导-微带过渡结构的实现方法，其特征在于：在步骤(2)中，介质基板背面的金属薄膜覆盖区域的长度L满足如下条件：0<L-(L_c+L_R)≤0.5mm。

6.根据权利要求1所述的一种毫米波频段波导-微带过渡结构的实现方法，其特征在于：在步骤(2)中，介质基板正面的定位标记电路为矩形金属薄膜，且所述矩形块的长度和宽度均小于或等于0.3mm。

7.根据权利要求4所述的一种毫米波频段波导-微带过渡结构的实现方法，其特征在于：每个定位标记电路存在两条平行边与介质基板的中心轴线垂直，且其中靠近介质基板B端的那条边位于微带阻抗变换线与探针电路连接端的位置。