CN105789806A - 一种介质密封型小型化宽带微带波导转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种介质密封型宽带微带波导转换电路，用于解决毫米波多通道收发组件微带到波导转换问题。电路采用微带‑减高波导‑输出波导依次匹配过渡的传输模式，实现微带到波导的微波传输模式的转换。第一步，微带由探针形式从波导宽边探入减高波导腔内，减高波导尺寸为7.11mm×1mm，实现微带波导转换的小型化。采用匹配微带和匹配空气腔实现微波信号的匹配传输，同时微带介质将波导口覆盖并在外围进行烧结密封，实现对波导口的密封；第二步，减高波导通过4级阶梯过渡为输出波导，波导口由尺寸为7.11mm×1mm逐步过渡为7.11mm×2mm，实现微带传输电路到天线波导接口的转换。与现有微带波导转换技术相比，本发明具有宽频带、低损耗、小型化、密封型等优点。

Description

一种介质密封型小型化宽带微带波导转换器
技术领域
本发明涉及微波毫米波技术领域，具体是一种介质密封型小型化宽带微带波导转换器,可应用于毫米波多通道收发组件或模块中。
背景技术
毫米波具有频段宽、角度和距离分辨率高、波束窄、被干扰和截获概率低、天线和设备尺寸小及穿透云、烟、尘土和雾的能力强等优点。毫米波频段已经成为是目前军事国防电子技术发展的一个重要频段，广泛应用于雷达探测、卫星通信、导弹制导、电子对抗、遥感等领域。
近几年国内毫米波砷化镓、氮化镓MICC芯片发展迅速，这使得作为毫米波有源相控阵雷达的关键部件—T/R组件得到快速发展。有源相控阵天线对于阵元间距有严格的要求，为了提高分辨率，不出现栅瓣，要求阵元间距约为传输信号的半波长。对于8mm波段的多通道T/R组件，其间距为4～5mm。组件内部电路一般为微带传输电路，天线接口一般为波导接口，因此，设计一种具有低损耗、宽频带、小型化、密封型微带波导转换器十分必要。
发明内容
要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是针对毫米波多通道收发组件，提供一种低插损、宽频带、小型化、密封型毫米波微带波导转换电路，实现多通道收发组件内微带传输电路到天线波导接口的转换。
技术方案
为了解决以上技术问题，本发明采用微带-减高波导-输出波导依次匹配过渡的传输模式。第一步，将组件内便于微波芯片集成的微带电路过渡为减高波导，微带从波导宽边将微波信号用电耦合探针的方式馈入波导腔内，同时微带介质将波导口覆盖，并在外围进行烧结密封。第二步，减高波导通过4级阶梯变换过渡为与天线匹配的输出波导，进行信号传输。
一种介质密封型小型化宽带微带波导转换器，其特征在于包括微带介质板、波导反射腔、匹配空气腔和波导过渡腔；从上至下依次为波导反射腔、匹配空气腔、微带介质板、减高波导腔和阶梯过渡波导腔，微带介质板与波导反射腔相邻的一面上设有微带探针，微带探针将微波信号用电耦合探针的方式馈入，同时微带介质板将波导口覆盖，并在外围进行烧结密封形成微带介质密封环；波导过渡腔通过4级阶梯过渡变换为与天线匹配的输出波导，将微波信号传输到天线。
有益效果
本发明采用上述技术方案构成的一种宽带毫米波介质密封型小型化微带波导转换器具有如下优点：
1)低插损，宽频带。转换器采用微带-减高波导-输出波导依次过渡，并进行了匹配设计，传输损耗在30GHz～40GHz带宽内小于0.2dB，回波损耗小于-25dB，性能良好。
2)小型化。电路中采用减高波导进行中间过渡阶段使得微带到波导转换电路的尺寸非常小，水平截面尺寸仅为8.11mm×3.6mm，特别是宽度方向上仅为3.6mm，非常适用于有严格单元间距要求的毫米波有源相控阵多通道组件。
3)密封型。电路在微带到减高波导的过渡结构中，采用微带介质材料对波导口整体覆盖，并在边缘以焊料烧结方式进行密封，可实现水密效果。保护了组件内部MMIC裸芯片不受外部环境中的潮气和盐雾等影响。
附图说明
图1本发明微带波导转换器立体示意图
图2本发明微带波导转换器水平剖面图
图3本发明微带波导转换器垂直剖面图
1-介质密封环、2-微带探针、3-微带板、4-波导反射腔、5-匹配空气腔、6-减高波导腔、7-阶梯过渡波导腔
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
微带波导转换器如图1所示。电路采用微带-减高波导-输出波导依次匹配过渡的传输模式，实现微带传输电路到天线波导接口的微波传输模式的转换。包括微带、微带探针、微带介质密封环、波导反射腔、匹配空气腔和波导过渡腔；微带波导转换器将微带传输模式通过微带探针匹配转换为波导传输模式，波导再通过4级阶梯过渡将波导口窄边宽度从1mm过渡到2mm，实现波导窄边展宽。
微带到减高波导转换电路微带平面剖面图如图2所示，微带采用厚度为h1的ROGERS5880微波材料，其线宽为w0，微带线腔宽为C。微带直角拐弯采用最佳匹配设计，拐弯斜线e＝1.6w0。微带通过探针形式从波导宽边方向馈入波导腔内，探针尺寸进行匹配设计，四个参数w1、w2、L1、L2具体数值见下表。减高波导口宽边尺寸为a，窄边尺寸为b，微带介质覆盖波导口并在的外围进行烧结密封，密封尺寸宽边为A，窄边为B。一般情况下，烧结密封环宽度为0.5mm～1mm，可实现对组件内部腔体水密的密封效果。
微带到减高波导转换电路微带探针垂直剖面图如图3所示，微带通过探针形式从波导宽边方向进入波导腔内，波导反射腔尺寸为a×b×h2，密封介质上方增加了空气环匹配腔，腔高为h3，微带探针馈入波导腔体高度为h4。
过渡波导到减高波导的过渡转换采用4级阶梯实现，第一级波导腔尺寸为a×b1×d1，第二级波导腔尺寸为a×b2×d2，第三级波导腔尺寸为a×b3×d3，第四级波导腔尺寸为a×b4×d4，最终实现从减高波导(7.11×1mm)到输出波导(7.11×2mm)的转换。
微带波导转换器各参数数值如下表所示：
参数 参数名称 建议参数值 本发明设计值
a 减高波导宽边 7.11mm 7.11mm
b 减高波导窄边 1mm 1mm
A 介质密封环宽边宽度 8.11～9.11mm 8.11mm
B 介质密封环窄边宽度 2～3mm 2mm
w0 50ohm微带线宽 0.38mm 0.38mm
C 50ohm微带腔宽 1～3mm 1.2mm
e 微带直角拐弯斜线长度 1.6w0 0.6mm
w1 微带探针宽度 1.68mm 1.68mm
L1 微带探针长度 0.55mm 0.55mm
s 过渡微带探入波导深度 0.3mm 0.3mm
w2 过渡微带宽度 0.3mm 0.3mm
L2 过渡微带长度 0.76mm 0.76mm
n 微带和波导的隔墙厚度 0.4～1mm 0.4mm
h1 微带线厚度 0.127mm/0.254mm 0.127mm
h2 反射面高度 (0.25±0.03)λ 2.03mm
h3 匹配空气腔高度 0～0.4mm 0.3mm
h4 过渡微带腔高 0.3～1mm 0.5mm
b1 第1阶波导窄边宽度 1mm 1mm
d1 第1阶波导长度 0.7mm 0.7mm
b2 第2阶波导窄边宽度 1.2mm 1.2mm
d2 第2阶波导长度 2.4～2.6mm 2.5mm
b3 第3阶波导窄边宽度 1.6mm 1.6mm
d3 第3阶波导长度 2.4～2.6mm 2.5mm
b4 第4阶波导窄边宽度 2mm 2mm
d4 第4阶波导长度 1～3mm 2mm
注：λ为中心频率对应波长。

Claims (7)

1.一种介质密封型小型化宽带微带波导转换器，其特征在于包括微带介质板、波导反射腔、匹配空气腔和波导过渡腔；从上至下依次为波导反射腔、匹配空气腔、微带介质板、减高波导腔和阶梯过渡波导腔，微带介质板与波导反射腔相邻的一面上设有微带探针，微带探针将微波信号用电耦合探针的方式馈入，同时微带介质板将波导口覆盖，并在外围进行烧结密封形成微带介质密封环；波导过渡腔通过4级阶梯过渡变换为与天线匹配的输出波导，将微波信号传输到天线。
2.根据权利要求1所述的介质密封型小型化宽带微带波导转换器，其特征在于所述的微带介质板采用ROGERS5880微波材料，厚度为0.127mm，微带线宽为0.38mm。
3.根据权利要求1所述的介质密封型小型化宽带微带波导转换器，其特征在于所述的微带探针包括过渡微带和馈电探针，过渡微带尺寸为0.76mm×0.3mm，其探入波导腔深度为0.3mm；馈电探针尺寸为1.68mm×0.55mm。
4.根据权利要求1所述的介质密封型小型化宽带微带波导转换器，其特征在于所述的微带介质密封环的尺寸为8.11mm×2mm，密封环宽度为0.5mm，采用低温共晶烧结工艺将密封环微带地覆铜层和壳体进行烧结。
5.根据权利要求1所述的介质密封型小型化宽带微带波导转换器，其特征在于所述的波导反射腔尺寸为7.11mm×1mm×2.03mm。
6.根据权利要求1所述的介质密封型小型化宽带微带波导转换器，其特征在于所述的匹配空气腔尺寸为8.11mm×2mm×0.3mm。
7.根据权利要求1所述的介质密封型小型化宽带微带波导转换器，其特征在于所述的波导过渡腔由四级波导依次进行阶梯过渡实现，第一级波导腔尺寸为7.11mm×1mm×0.7mm，第二级波导腔尺寸为7.11mm×1.2mm×2.5mm，第三级波导腔尺寸为7.11mm×1.6mm×2.5mm，第四级波导腔尺寸为7.11mm×2mm×2mm。
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