CN105489974A - 一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带同轴耦合探针结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微波毫米波技术领域，具体涉及一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带同轴耦合探针结构，包括同轴的内导体和外导体，内导体在耦合末端处设置有一个大半径的扩展圆盘，内导体采用基于高次椭圆函数曲线的同轴渐变结构，沿轴向拓展变换到耦合末端处的扩展圆盘上，外导体可选择性的采用不同结构的渐变外导体。在保证了加工装配简易及可靠性高的前提下，本发明在传输电磁信号时，具有插入损耗小、回波损耗小以及工作频带宽等优点，实现了超宽带的电磁信号的高效耦合。

Description

一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带同轴耦合探针结构

技术领域

本发明涉及微波毫米波技术领域，具体涉及一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带同轴耦合探针结构。

背景技术

微波毫米波电磁信号在经过不同类型导波结构进行传输时需要有耦合探针进行过渡，探针的形式将会导致电磁波传播的模式发生变化，例如，矩形波导TE模或TM模向同轴波导TEM模变换，由于结构设计、加工装配工艺等问题，这种传播模式的变换势必造成电磁信号的损耗和反射，同时还会影响电磁信号传输的频带带宽。在实际工程设计中，我们希望耦合探针带来的插入损耗和回波损耗越小越好，工作带宽越大越好。

在微波毫米波技术领域中，不同导波结构间的转换大都需要耦合探针结构，耦合探针性能指标的优劣将直接导波结构变换的工作带宽、插入损耗以及回波损耗等。

常用的耦合探针主要分为微带耦合探针和同轴耦合探针。

微带耦合探针较为常用，一般采用石英等硬介质材料加工，具有工作频带宽的优点，装配时主要采用导电胶粘接的形式，装配时需操作谨慎仔细对准，要求较高，由于其探针部分大都悬空且材料较脆，容易造成破损且一致性较差，加工工艺复杂、装配工序繁琐且可靠性差，加工装配一致性较差，尤其是在相位一致性要求较高的应用中表现尤为突出，如多路功率分配器/合成器中的微带耦合探针。

传统的同轴耦合探针具有加工装配简易、一致性高等优点，在波导同轴转接器中得到广泛采用，但传统的同轴耦合探针耦合末端的结构优化不足，变换生硬，容易产生电场尖峰，造成较大的传输反射，影响了不同导波结构中信号的传输效率，且难以满足超宽工作频带的应用需求。

发明内容

为了解决超宽频段的电磁信号高效率耦合的难题，本发明提供了一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带同轴耦合探针结构，传输电磁信号时，在保证了加工装配简易及可靠性高的前提下，具有插入损耗小、回波损耗小以及工作频带宽等优点，实现了超宽带的电磁信号的高效耦合。

本发明所采用的技术方案是：一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带同轴耦合探针结构，包括同轴的内导体和外导体，所述内导体在耦合末端处设置有一个大半径的扩展圆盘，所述内导体采用基于高次椭圆函数曲线的同轴渐变结构，沿轴向拓展变换到耦合末端处的扩展圆盘上，所述外导体可选择性的采用不同结构的渐变外导体。所述内导体采用椭圆函数曲线进行拓展变换，达到高效超宽带阻抗匹配的效果，可减小插入损耗和回波损耗，拓宽工作频带。

作为优选，所述基于高次椭圆函数曲线的同轴渐变结构，内导体的曲线坐标(x，y)遵循以下方程：

${\left(\frac{x}{a}\right)}^m+{\left(\frac{y}{b}\right)}^n=1$

其中，a和b分别为同轴渐变结构的高度与宽度，m和n均为大于1的正整数，根据实际工作频段要求的不同，通过改变a和b的数值来界定同轴渐变结构的外形尺寸，改变m和n的数值来选择不同曲率的曲线结构。可根据实际应用需要调整优化内导体椭圆函数的次数m和n，以得到最佳的渐变曲线从而实现高效的超宽带信号耦合。

作为优选，所述内导体的曲线选择相同次数m＝n的方程。

作为优选，所述内导体的曲线选择不同次数m≠n的方程。

作为优选，所述渐变外导体为基于高次椭圆函数曲线的同轴渐变结构的外导体。外导体采用椭圆函数曲线进行拓展变换，配合内导体的渐变曲线，以得到更优的性能指标。

作为优选，所述基于高次椭圆函数曲线的同轴渐变结构，外导体的曲线坐标(x，y)遵循以下方程：

${\left(\frac{x}{a}\right)}^{m`}+{\left(\frac{y}{b}\right)}^{n`}=1$

其中，a和b分别为同轴渐变结构的高度与宽度，m_、与n_、均为大于1的正整数，根据实际工作频段要求的不同，通过改变a和b的数值来界定同轴渐变结构的外形尺寸，改变m_、和n_、的数值来选择不同曲率的曲线结构。所述外导体曲线方程的次数m_、和n_、，可以与内导体曲线方程的次数m和n相同，也可以不同。

作为优选，所述外导体的曲线选择相同次数m_、＝n_、的方程。

作为优选，所述外导体的曲线选择不同次数m_、≠n_、的方程。

作为优选，所述渐变外导体为圆柱外导体、锥形外导体或台阶变换外导体。可与传统的锥形渐变、台阶渐变等渐变技术相互兼容配合使用，以得到最佳的耦合效果。

本发明的有益效果是：

(1)采用高次椭圆曲线同轴渐变结构：该同轴耦合探针结构采用高次椭圆函数曲线渐变的形式，可工作在超宽频带，与传统同轴耦合探针结构相比，有效减小了插入损耗和回波损耗。

(2)渐变曲线灵活多变：高次椭圆函数曲线可根据应用频段的不同进行调整，可以改变x、y自变量的次数对耦合探针参数进行优化。

(3)加工装配简易：与传统同轴耦合探针相比，不增加加工装配难度，加工工艺和装配工序可做到完全相同。

(4)兼容不同类型的外导体结构：该新型的耦合探针结构可以有选择性的配合锥形渐变外导体、台阶渐变外导体和基于高次椭圆函数曲线的渐变外导体等多种形式的渐变外导体结构，以得到针对于不同应用的最佳的内外导体结构组合方式。

附图说明

为了清楚的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介绍，显而易见的，线面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为现有技术中微带耦合探针的一种结构示意图。

图2为现有技术中同轴耦合探针的两种结构示意图。

图3为本发明的基于高次椭圆函数曲线的超宽带同轴耦合探针的四种结构示意图。

图中，1：内导体；2：圆柱外导体；3：锥形外导体；4：台阶变换外导体；5：基于高次椭圆函数曲线的外导体。

具体实施方式

下面结合附图1到3，对本发明作进一步说明。

实施例1：

本实施例的一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带同轴耦合探针结构，包括同轴的内导体1和外导体，所述内导体1在耦合末端处设置有一个大半径的扩展圆盘，所述内导体1采用基于高次椭圆函数曲线的同轴渐变结构，沿轴向拓展变换到耦合末端处的扩展圆盘上。所述内导体1采用椭圆函数曲线进行拓展变换，达到高效超宽带阻抗匹配的效果，可减小插入损耗和回波损耗，拓宽工作频带。

所述基于高次椭圆函数曲线的同轴渐变结构，内导体1的曲线坐标(x，y)遵循以下方程：

${\left(\frac{x}{a}\right)}^m+{\left(\frac{y}{b}\right)}^n=1$

其中，a和b分别为同轴渐变结构的高度与宽度，m和n均为大于1的正整数，根据实际工作频段要求的不同，通过改变a和b的数值来界定同轴渐变结构的外形尺寸，改变m和n的数值来选择不同曲率的曲线结构。可根据实际应用需要调整优化内导体1椭圆函数的次数m和n，以得到最佳的渐变曲线从而实现高效的超宽带信号耦合。曲线可以选择相同次数m＝n的方程，也可以选择不同次数m≠n的方程。

所述外导体为基于高次椭圆函数曲线的外导体5，也采用上述高次椭圆函数曲线进行拓展变换，配合内导体1的渐变曲线，以得到更优的性能指标。

外导体曲线方程的次数m_、和n_、，可以与内导体1的曲线方程的次数m和n相同，也可以不同。

实施例2：

本实施例的一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带同轴耦合探针结构，包括同轴的内导体1和外导体，所述内导体1在耦合末端处设置有一个大半径的扩展圆盘，所述内导体1采用基于高次椭圆函数曲线的同轴渐变结构，沿轴向拓展变换到耦合末端处的扩展圆盘上。所述内导体1采用椭圆函数曲线进行拓展变换，达到高效超宽带阻抗匹配的效果，可减小插入损耗和回波损耗，拓宽工作频带。

所述基于高次椭圆函数曲线的同轴渐变结构，内导体1的曲线坐标(x，y)遵循以下方程：

${\left(\frac{x}{a}\right)}^m+{\left(\frac{y}{b}\right)}^n=1$

其中，a和b分别为同轴渐变结构的高度与宽度，m和n均为大于1的正整数，根据实际工作频段要求的不同，通过改变a和b的数值来界定同轴渐变结构的外形尺寸，改变m和n的数值来选择不同曲率的曲线结构。可根据实际应用需要调整优化内导体1椭圆函数的次数m和n，以得到最佳的渐变曲线从而实现高效的超宽带信号耦合。曲线可以选择相同次数m＝n的方程，也可以选择不同次数m≠n的方程。

所述外导体采用圆柱外导体2，使该内导体1与传统的圆柱外导体技术相互兼容配合使用，用以配合内导体1的曲线渐变，以得到最佳的耦合效果。

实施例3：

本实施例的一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带同轴耦合探针结构，包括同轴的内导体1和外导体，所述内导体1在耦合末端处设置有一个大半径的扩展圆盘，所述内导体1采用基于高次椭圆函数曲线的同轴渐变结构，沿轴向拓展变换到耦合末端处的扩展圆盘上。所述内导体1采用椭圆函数曲线进行拓展变换，达到高效超宽带阻抗匹配的效果，可减小插入损耗和回波损耗，拓宽工作频带。

所述基于高次椭圆函数曲线的同轴渐变结构，内导体1的曲线坐标(x，y)遵循以下方程：

${\left(\frac{x}{a}\right)}^m+{\left(\frac{y}{b}\right)}^n=1$

其中，a和b分别为同轴渐变结构的高度与宽度，m和n均为大于1的正整数，根据实际工作频段要求的不同，通过改变a和b的数值来界定同轴渐变结构的外形尺寸，改变m和n的数值来选择不同曲率的曲线结构。可根据实际应用需要调整优化内导体1椭圆函数的次数m和n，以得到最佳的渐变曲线从而实现高效的超宽带信号耦合。曲线可以选择相同次数m＝n的方程，也可以选择不同次数m≠n的方程。

所述外导体采用锥形外导体3，使该内导体1与传统的锥形渐变技术相互兼容配合使用，用以配合内导体1的曲线渐变，以得到最佳的耦合效果。

实施例4：

本实施例的一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带同轴耦合探针结构，包括同轴的内导体1和外导体，所述内导体1在耦合末端处设置有一个大半径的扩展圆盘，所述内导体1采用基于高次椭圆函数曲线的同轴渐变结构，沿轴向拓展变换到耦合末端处的扩展圆盘上。所述内导体1采用椭圆函数曲线进行拓展变换，达到高效超宽带阻抗匹配的效果，可减小插入损耗和回波损耗，拓宽工作频带。

所述基于高次椭圆函数曲线的同轴渐变结构，内导体1的曲线坐标(x，y)遵循以下方程：

${\left(\frac{x}{a}\right)}^m+{\left(\frac{y}{b}\right)}^n=1$

其中，a和b分别为同轴渐变结构的高度与宽度，m和n均为大于1的正整数，根据实际工作频段要求的不同，通过改变a和b的数值来界定同轴渐变结构的外形尺寸，改变m和n的数值来选择不同曲率的曲线结构。可根据实际应用需要调整优化内导体1椭圆函数的次数m和n，以得到最佳的渐变曲线从而实现高效的超宽带信号耦合。曲线可以选择相同次数m＝n的方程，也可以选择不同次数m≠n的方程。

所述外导体采用台阶变换外导体4，使该内导体1与传统的台阶渐变技术相互兼容配合使用，用以配合内导体1的曲线渐变，以得到最佳的耦合效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带同轴耦合探针结构，包括同轴的内导体和外导体，所述内导体在耦合末端处设置有一个大半径的扩展圆盘，其特征在于：所述内导体采用基于高次椭圆函数曲线的同轴渐变结构，沿轴向拓展变换到耦合末端处的扩展圆盘上，所述外导体可选择性的采用不同结构的渐变外导体。

2.如权利要求1所述的一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带同轴耦合探针结构，其特征在于：所述基于高次椭圆函数曲线的同轴渐变结构，内导体的曲线坐标(x，y)遵循以下方程：

${\left(\frac{x}{a}\right)}^m+{\left(\frac{y}{b}\right)}^n=1$

其中，a和b分别为同轴渐变结构的高度与宽度，m和n均为大于1的正整数，根据实际工作频段要求的不同，通过改变a和b的数值来界定同轴渐变结构的外形尺寸，改变m和n的数值来选择不同曲率的曲线结构。

3.如权利要求2所述的一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带同轴耦合探针结构，其特征在于：所述内导体的曲线选择相同次数m＝n的方程。

4.如权利要求2所述的一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带同轴耦合探针结构，其特征在于：所述内导体的曲线选择不同次数m≠n的方程。

5.如权利要求1-4中任一项所述的一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带同轴耦合探针结构，其特征在于：所述渐变外导体为基于高次椭圆函数曲线的同轴渐变结构的外导体。

6.如权利要求5所述的一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带同轴耦合探针结构，其特征在于：所述基于高次椭圆函数曲线的同轴渐变结构，外导体的曲线坐标(x，y)遵循以下方程：

${\left(\frac{x}{a}\right)}^{m`}+{\left(\frac{y}{b}\right)}^{n`}=1$

其中，a和b分别为同轴渐变结构的高度与宽度，m`与n`均为大于1的正整数，根据实际工作频段要求的不同，通过改变a和b的数值来界定同轴渐变结构的外形尺寸，改变m`和n`的数值来选择不同曲率的曲线结构。

7.如权利要求6所述的一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带同轴耦合探针结构，其特征在于：所述外导体的曲线选择相同次数m`＝n`的方程。

8.如权利要求6所述的一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带同轴耦合探针结构，其特征在于：所述外导体的曲线选择不同次数m`≠n`的方程。

9.如权利要求1所述的一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带同轴耦合探针结构，其特征在于：所述渐变外导体为圆柱外导体、锥形外导体或台阶变换外导体。