CN106505285A - 一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块，包括上壳体、下壳体、安装腔体和波导腔体；上壳体和下壳体均采用立方体结构并相互扣合，上壳体和下壳体的接触面上均埋设有用于安装射频芯片的安装腔体和用于传输毫米波信号的波导腔体，上壳体与下壳体通过定位销和紧固螺钉固定连接；本发明通过在上壳体和下壳体的接触面上埋设用于安装射频芯片的腔体和用于传输毫米波信号的波导腔体，增强了射频芯片与有源电路的配合，解决了传统的波导模块稳定性较差的问题；通过合理设置定位销和紧固螺钉，最大限度的消除了毫米波信号的泄露，弥补了传统的波导模块可靠性较低的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块，尤其适用于毫米波波导结构，属于微波技术领域。
背景技术
常规微波射频模块通常采用同轴结构，但随着工作频率的提高，在毫米波甚至更高的频段，同轴结构会使产品的射频性能下降，为了保证良好的射频性能，通常采用波导结构取代同轴结构，波导结构传输损耗低、端口回波损耗小。因为该结构中存在有源模块，需要在波导腔体内部安装电路片和射频芯片，所以波导模块无法采用一体化加工方式，通常采用两体或多体结构的形式，例如通过上、下金属壳体的配合以及定位螺钉的固定，形成可以传输毫米波信号的波导腔体。
在实际工程应用中，由于结构件机械加工精度以及表面镀层处理等原因，无法保证上、下金属壳体完全闭合，会导致毫米波信号从上、下金属壳体之间的缝隙中泄露出来，模块射频的稳定性较差、可靠性较低。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块，通过在上壳体和下壳体的接触面上埋设用于安装射频芯片的安装腔体和用于传输毫米波信号的波导腔体，增强了射频芯片与有源电路的配合，解决了传统的波导模块稳定性较差的问题；通过合理设置定位销和紧固螺钉，最大限度的消除了毫米波信号的泄露，弥补了传统的波导模块可靠性较低的缺陷。
本发明的技术解决方案是：
一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块，包括上壳体、下壳体、安装腔体和波导腔体；上壳体和下壳体均采用立方体结构并相互扣合，上壳体和下壳体的接触面上均埋设有用于安装射频芯片的安装腔体和用于传输毫米波信号的波导腔体，上壳体与下壳体通过定位销和紧固螺钉固定连接。
在上述的一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块中，所述安装腔体的形状为矩形，所述安装腔体的数量不少于4个，所述安装腔体中设有增压槽，所述增压槽的深度为0.2mm。
在上述的一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块中，所述波导腔体的形状为L形，所述波导腔体的数量为个，所述波导腔体相互对称，所述波导腔体中设有波导，所述波导的形状为圆形或矩形，所述波导为表面波波导。
在上述的一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块中，所述上壳体、下壳体、定位销和紧固螺钉的材料均采用黄铜。
在上述的一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块中，所述安装腔体和所述波导腔体之间的间距范围是1.5mm～3mm。
在上述的一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块中，所述定位销设置在上壳体和下壳体的对角线上，并且位于所述安装腔体中。
在上述的一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块中，所述紧固螺钉均匀布设在上壳体和下壳体中，并且每个安装腔体中至少设有一个紧固螺钉，所述紧固螺钉的数量不少于5个。
在上述的一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块中，所述波导腔体边缘均设有用于安装有源电路的孔。
在上述的一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块中，所述定位销的数量不少于2个。
在上述的一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块中，所述紧固螺钉的间距不小于10mm，所述紧固螺钉旋入下壳体的深度为所述紧固螺钉直径的1.5倍。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、本发明通过在上壳体和下壳体的接触面上埋设用于安装射频芯片的安装腔体和用于传输毫米波信号的波导腔体，加强了射频芯片与有源电路的配合，解决了传统的波导模块稳定性较差的问题。
2、本发明通过合理设置定位销和紧固螺钉，最大限度的消除了毫米波信号的泄露，弥补了传统的波导模块可靠性较低的缺陷。
3、本发明通过在上壳体和下壳体的安装腔体中设置增压槽，并在上壳体和下壳体的波导边缘设置用于安装有源电路的孔，减小了上壳体和下壳体的接触面积，提高了电通道周边接触面的压强，增强了上壳体和下壳体中，波导和射频芯片的实际使用效果。
4、本发明通过设置紧固螺钉的排布方式以及旋入深度，进一步提升了上壳体和下壳体的接触面压紧力，从而使得毫米波波导模块在不增加机械加工精度和表面处理工艺难度的前提下，确保毫米波信号的有效传输。
5、本发明经济实用、效果明显，相较于传统的波导结构，具有广阔的市场运用前景。
6、本发明的定位销和紧固螺钉的数量可根据实际情况灵活设置，过程安全可靠，适用范围较广，优化了操作空间，减轻了工作人员的操作负担。
7、本发明的定位销和紧固螺钉均为常规零件，拆装方便、无需特制，而且便于维修和更换，大幅降低了生产成本。
8、本发明整体结构紧凑，适用于多种工作环境，在复杂工况下依然能够正常使用，可操作性强。
附图说明
图1为本发明结构图
图2为本发明安装示意图
图3为本发明下壳体俯视图
图4为本发明下壳体侧剖视图图
图5为本发明无增压槽的应力分布图
图6为本发明有增压槽的应力分布图
图7为本发明实测应力分布图
图8为传统的毫米波波导有源模块结构的射频性能测试图
图9为本发明增益和平坦度的测试结果图
图10为本发明驻波和噪声系数的测试结果图
其中：1上壳体；2下壳体；3定位销；4紧固螺钉；5安装腔体；6波导腔体；7增压槽；
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述：
如图1～4所示，一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块，包括上壳体1、下壳体2、安装腔体5和波导腔体6；上壳体1和下壳体2均采用立方体结构并相互扣合，上壳体1和下壳体2的接触面上均埋设有用于安装射频芯片的安装腔体5和用于传输毫米波信号的波导腔体6，上壳体1与下壳体2通过定位销3和紧固螺钉4固定连接。
所述安装腔体5的形状为矩形，所述安装腔体5的数量不少于4个，所述安装腔体5中设有增压槽7，所述增压槽7的深度为0.2mm。
所述波导腔体6的形状为L形，所述波导腔体6的数量为2个，所述波导腔体6相互对称，所述波导腔体6中设有波导，所述波导的形状为圆形或矩形，所述波导为表面波波导。
所述上壳体1、下壳体2、定位销3和紧固螺钉4的材料均采用黄铜。
所述安装腔体5和所述波导腔体6之间的间距范围是1.5mm～3mm。
所述定位销3设置在上壳体1和下壳体2的对角线上，并且位于所述安装腔体5中。
所述紧固螺钉4均匀布设在上壳体1和下壳体2中，并且每个安装腔体5中至少设有一个紧固螺钉4，所述紧固螺钉4的数量不少于5个。
所述波导腔体6边缘均设有用于安装有源电路的孔。
所述定位销3的数量不少于2个。
所述紧固螺钉4的间距不小于10mm，所述紧固螺钉4旋入下壳体2的深度为所述紧固螺钉4直径的1.5倍。
如图5所示，波导模块在无增压槽7设计时的应力分布图，从图中可以看到，上壳体1和下壳体2只有在紧固螺钉4周围很小的面积范围内有较大的压紧力，在上壳体1和下壳体2接触面的其余部分应力几乎为零，无法保证毫米波信号在上壳体1和下壳体2闭合后的有效传输。
如图6所示，相同条件下，波导模块在有增压槽7设计时的应力分布图，从图中明显可以看到，上壳体1和下壳体2接触面的应力覆盖范围显著扩大，波导腔体6和安装腔体5的闭合效果改善明显。
如图7所示，波导模块在采用本发明设计时的应力分布图，从图中可以看到，上壳体1和下壳体2接触面的应力范围实现了全覆盖，波导腔体6和安装腔体5的闭合效果达到工程应用需求。
如图8所示，未采用本发明的毫米波波导低噪声放大器模块的射频性能测试结果很差，整个电路出现了自激的现象，带内增益、增益平坦度等指标都与设计指标相差甚远，不能满足实际工程需求。
本实施例用于微波成像探测仪的37GHz接收前端组件。
其中，系统对该波导模块的指标要求如下：
工作频率：37GHz±500MHz；
带内增益：≥35dB；
增益平坦度：≤0.5dB；
噪声系数：≤2.5dB；
端口驻波：≤2.0；
波导型号：BJ320。
如果采用现有的微波波导模块结构实现毫米波低噪声放大器，在实际工程应用中毫米波信号很容易出现从波导模块上、下金属壳体的缝隙中泄露，出现该毫米波有源模块自激的现象，从而导致其射频性能恶化。因此，在不改变射频电路的前提下，本实例所用的波导模块结构采用本发明，其实测结果如图9～10所示，可以看出在36.5GHz到37.5GHz频率范围内，待测设备增益大于35dB，带内平坦度约为0.24dB，输入、输出端口驻波小于1.8，噪声系数小于2.1dB。
此外，对另外11只相同的毫米波低噪声放大器模块进行了测试，指标相当，一致性较好；足以证明本发明最大限度的消除了毫米波信号从波导模块上、下金属壳体的缝隙中泄露，保证了产品的性能，提高了产品批量生产的成品率。
本发明的工作原理是：
首先，在目前常规机械加工精度和表面处理工艺条件下，将管壳结构整体分为上下两半，分别作为上壳体1和下壳体2，接着在上壳体1和下壳体2中挖腔，形成波导腔体6和安装腔体5，然后在上壳体1和下壳体2接触面进行增压槽7设计、紧固螺钉4分布设计以及紧固螺钉4旋入下壳体2的深度设计，最终，确保波导模块的射频性能稳定可靠。
本发明说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。
Claims (10)
1.一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块，其特征在于：包括上壳体(1)、下壳体(2)、安装腔体(5)和波导腔体(6)；上壳体(1)和下壳体(2)均采用立方体结构并相互扣合，上壳体(1)和下壳体(2)的接触面上均埋设有用于安装射频芯片的安装腔体(5)和用于传输毫米波信号的波导腔体(6)，上壳体(1)与下壳体(2)通过定位销(3)和紧固螺钉(4)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块，其特征在于：所述安装腔体(5)的形状为矩形，所述安装腔体(5)的数量不少于4个，所述安装腔体(5)中设有增压槽(7)，所述增压槽(7)的深度为0.2mm。
3.根据权利要求1所述的一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块，其特征在于：所述波导腔体(6)的形状为L形，所述波导腔体(6)的数量为2个，所述波导腔体(6)相互对称，所述波导腔体(6)中设有波导，所述波导的形状为圆形或矩形，所述波导为表面波波导。
4.根据权利要求1所述的一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块，其特征在于：所述上壳体(1)、下壳体(2)、定位销(3)和紧固螺钉(4)的材料均采用黄铜。
5.根据权利要求1所述的一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块，其特征在于：所述安装腔体(5)和所述波导腔体(6)之间的间距范围是1.5mm～3mm。
6.根据权利要求1所述的一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块，其特征在于：所述定位销(3)设置在上壳体(1)和下壳体(2)的对角线上，并且位于所述安装腔体(5)中。
7.根据权利要求1所述的一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块，其特征在于：所述紧固螺钉(4)均匀布设在上壳体(1)和下壳体(2)中，并且每个安装腔体(5)中至少设有一个紧固螺钉(4)，所述紧固螺钉(4)的数量不少于5个。
8.根据权利要求1或3所述的一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块，其特征在于：所述波导腔体(6)边缘均设有用于安装有源电路的孔。
9.根据权利要求1、4或6所述的一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块，其特征在于：所述定位销(3)的数量不少于2个。
10.根据权利要求1或7所述的一种防射频信号泄露的毫米波高可靠性波导模块，其特征在于：所述紧固螺钉(4)的间距不小于10mm，所述紧固螺钉(4)旋入下壳体(2)的深度为所述紧固螺钉(4)直径的1.5倍。
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