CN106450632B - 一种小尺寸Ka波段宽带端馈波导微带转换结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种小尺寸Ka波段宽带端馈波导微带转换结构，结合了半圆弧电流环和渐变脊波导两种场耦合形式，过渡段中磁耦合与电耦合混合存在，这种双耦合形式保证了其能够比其它结构小一半尺寸，只有最高工作频率波长的80％，并且工作频段覆盖30～43GHz。
Description
技术领域
发明属电路技术领域，具体是利用波导和微带电路实现波导转换节，实现Ka波段宽频带端输入的微带波导转换功能。
背景技术
而随着固态技术和MMIC技术的不断发展，毫米波频段的变频、放大、选通等功能电路均采用平面电路形式，而各模块间的传输采用微带结构，会因损耗偏大而难以忍受，所以微带波导转换电路成为不可或缺的单元。虽然大多数毫米波系统或模块的中转换节都使用的是90°E面探针形式的转换节，但仍有许多部分受特殊限制需要使用端馈形式。常用的端馈结构，大多使用阻抗阶梯过渡的脊波导、对称弧线过渡的鳍线、准yagi引向天线探针或是波导渐变过渡转换形式，但这些从微带直接转换为波导的结构要么是微带悬空段要么是波导过渡段长，最终导致整个转换部分尺寸过长，要么就是微带电路需要正反面图形印刷。而随着科技的迅速发展，电路的小型化和简单化需求的不断推动，这都使单面电路印刷，易定位装配、尺寸更加小巧的端馈式宽带转换节成为许多毫米波系统的研制需求。
发明内容
要解决的技术问题
本发明主要是针对现有Ka波段端馈波导微带转换电路中尺寸过长、印刷电路复杂、装配精度要求高等缺陷，设计出了一种悬空段短、单面印刷、总尺寸小、易于装配的波导微带转换结构。其工作带宽覆盖30～43GHz，在此频段内，其端口驻波好，插入损耗低，而且装配一致性好，无需调试，嵌入式结构也具有一定的抗振性。
技术方案
一种小尺寸Ka波段宽带端馈波导微带转换结构，包括微带介质板和波导，其特征在于将微带介质板插入波导中，所述的微带介质板由3段组成：第一段为与器件或平面电路连接的阻抗为50Ω的微带传输线；第二段为高阻线，即四分之一波长阻抗变换线，沿波导中心线直线进入波导腔中，为了适应阻抗线的变化高阻线两侧的微带板和金属腔需同时缩窄，第一段和第二段位于金属腔内，且金属腔与波导连接为一体；第三段为伸入波导腔内部分，进入波导腔中的微带高阻线向一侧偏转后馈入印制的金属准三角型图形的顶端，所述的金属准三角形靠近波导短路端面的一侧的金属边为圆弧结构，靠近波导传输端的一侧的金属边为直线结构，其顶点对面的金属边嵌入波导宽边金属壁中，通过导电胶粘接在一起，微带金属层处于波导宽边的中心线上；在伸出波导腔外的边沿处设有金属孔用来调整边沿处的短路面。
所述的金属孔为4-8个。
所述的波导为BJ100。
所述的微带介质板的板材为Roger 5880。
所述的金属腔和波导的材料为铝，表面采用导电氧化处理。
有益效果
本发明提出的一种小尺寸Ka波段宽带端馈波导微带转换结构，有益效果如下：
[1]本设计中采用了微带板直接插入波导腔，利用阻抗变换线和准三角形微带印制线，实现磁、电双耦合形式并存的转换，使其在30～43GHz频率范围内，具有良好阻抗匹配，低的插入损耗和端口驻波。
[2]本设计中高阻线部分微带板和空气腔做窄化处理，不仅改善了微带进入波导段的阻抗变换的不连续性，而且对转换段工作带宽的扩宽起了一定的作用；再者其板材的尺寸变化也起到了装配定位的作用，提高了其装配的一致性，降低了装配难度。
[3]本设计中准三角形的短路边，嵌入了金属波导壁内，通过导电胶粘接处理。这种结构不仅能够在装配中起到介质板定位的作用，提高装配一致性，降低装配难度；而且嵌入式结构也起到了保证介质板的稳定的作用，使其能够在一定的振动情况下不会翘曲变形。
附图说明
图1波导微带转换顶视图
图2波导微带转换侧视图
图3波导微带转换三维透视图
图4波导微带转换测试结果图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明小尺寸Ka波段宽带端馈波导微带转换结构，是通过微带探针从矩形波导端面插入，经过四分之一波长阻抗变换线进行匹配过渡，并通过缩窄的空气腔转通口，连接至一个带有圆弧边的准三角型微带辐射探针，三角形辐射片只加工于介质板的单面并通过接地孔连接于波导壁。这种单面刻蚀图形的转换节与一般的鳍线不同，它是一个磁耦合与电耦合的混合体，圆弧边类似于电流环，在波导腔中产生磁耦合，而斜边式的三角型又类似于电耦合形式的脊波导，因此这种混合式的场转换，不仅使得本探针工作带宽宽，插入损耗低，而且由于其嵌入式结构因而具有不错的抗振性能，适用于各类设备与系统。
本波导微带转换结合了半圆弧电流环和渐变脊波导两种场耦合形式，设计出一个准三角形微带过渡段的Ka波段微带波导转换，过渡段中磁耦合与电耦合混合存在，这种双耦合形式保证了其能够比其它结构小一半尺寸，只有最高工作频率波长的80％，并且工作频段覆盖30～43GHz。
此结构中，与器件或平面电路连接的微带传输线其阻抗为50Ω，经过一段长度后转入阻抗变换段，变换为高阻线，即四分之一波长阻抗变换线，沿波导中心线直线进入波导腔中；高阻线两侧的微带板和空气腔需同时缩窄，适应阻抗线的变化；进入波导腔中的微带高阻线向一侧偏转后馈入印制的金属准三角型图形的顶端；其顶点对面的金属边嵌入波导宽边金属壁中，通过导电胶粘接在一起，微带金属层处于波导宽边的中心线上，边沿处的金属孔用来调整边沿处的短路面；金属准三角形靠近波导短路端面的一侧的金属边为圆弧结构，馈入信号产生的表面电流沿金属边流动，产生环绕三角的磁场，实现了磁耦合转换；金属准三角形中靠近波导传输端的金属边为直线结构，这种结构类似于高度线性变化的脊波导，电耦合变化为其主导形式。这种磁、电双耦合形式不仅缩短了转接段的长度，也扩宽的其工作带宽。
图1给出了转换部分的顶视图和侧视图。图中浅灰色部分为微带介质板，板材为Roger 5880，深灰色部分为刻蚀的金属线，金属层厚度为t，板材厚度为h3；灰色图形为印制板上刻蚀的微带传输线，宽的传输线为50Ω阻抗线，宽度w0，其长度可依照设计要求调整；窄的传输线为高阻抗线，宽度w1，其长度为l4；介质板左侧的50欧姆线区域板材宽度为w3，高阻抗线部分的宽度缩窄为w4，其长度为l5；左侧的粘接壳体的介质板上方空气腔高度均为h4。右侧加宽加高的部分为波导腔，波导为BJ100，其宽度与高度分别为a和b。含有高阻抗线和准三角形的介质板悬空插入右侧波导腔，并嵌入下侧金属壁。高阻抗线进入波导腔中，向上侧直线弯曲，直到距左侧短路端面l1，距顶面h1的位置；准三角形的左侧为圆弧结构，其尺寸为r3，嵌入墙壁中的尺寸为h2，6个金属化孔的半径同为r2；波导腔体的长度可根据设计要求调整。
表1合成器尺寸参数列表(单位：mm)
| a | b | r<sub>1</sub> | r<sub>2</sub> | r<sub>3</sub> | l<sub>1</sub> | l<sub>2</sub> | l<sub>3</sub> | l<sub>4</sub> | l<sub>5</sub> |
| 7.112 | 3.556 | 0.4 | 0.2 | 1.506 | 0.3 | 0.2 | 3.5 | 1.1 | 0.6 |
| t | w<sub>0</sub> | w<sub>1</sub> | w<sub>2</sub> | w<sub>3</sub> | w<sub>4</sub> | h<sub>1</sub> | h<sub>2</sub> | h<sub>3</sub> | h<sub>4</sub> |
| 0.03 | 1.58 | 0.3 | 0.3 | 2.8 | 1.4 | 0.988 | 0.6 | 0.254 | 2.5 |
图2给出了一个Ka波段波导微带转换的三维模型腔体图，深灰色的为刻蚀的金属印制线和图形，浅灰色为介质板，其余的空白部分为空气腔和波导内腔。微带偏左，波导偏右。图3为背对背模块实测结果，转换模块的材料为硬铝，表面采用导电氧化处理，介质板通过导电胶粘接的壳体与侧壁上，其在30GHz～43GHz全带宽内，插入损耗小于0.8dB，端口回波损耗小于-8.5dB，30GHz为其最差点，频率增高后，均小于-14.3dB。从测试结果可以看出，单边的绝对插入损耗小于0.4dB，31GHz以上更优。
Claims (5)
1.一种小尺寸Ka波段宽带端馈波导微带转换结构，包括微带介质板和波导，其特征在于将微带介质板插入波导中，所述的微带介质板由3段组成：第一段为与器件或平面电路连接的阻抗为50Ω的微带传输线；第二段为高阻线，即四分之一波长阻抗变换线，沿波导中心线直线进入波导腔中，为了适应阻抗线的变化高阻线两侧的微带板和金属腔需同时缩窄，第一段和第二段位于金属腔内，且金属腔与波导连接为一体；第三段为伸入波导腔内部分，进入波导腔中的微带高阻线向一侧偏转后馈入印制的金属准三角型图形的顶端，所述的金属准三角型图形靠近波导短路端面的一侧的金属边为圆弧结构，靠近波导传输端的一侧的金属边为直线结构，其顶点对面的金属边嵌入波导宽边金属壁中，通过导电胶粘接在一起，微带金属层处于波导宽边的中心线上；在伸出波导腔外的边沿处设有金属孔用来调整边沿处的短路面。
2.根据权利要求1所述的一种小尺寸Ka波段宽带端馈波导微带转换结构，其特征在于所述的金属孔为4-8个。
3.根据权利要求1所述的一种小尺寸Ka波段宽带端馈波导微带转换结构，其特征在于所述的波导为BJ100。
4.根据权利要求1所述的一种小尺寸Ka波段宽带端馈波导微带转换结构，其特征在于所述的微带介质板的板材为Roger 5880。
5.根据权利要求1所述的一种小尺寸Ka波段宽带端馈波导微带转换结构，其特征在于所述的金属腔和波导的材料为铝，表面采用导电氧化处理。
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