CN108649327A - 一种基于锥形天线的超宽带微带转波导装置 - Google Patents
一种基于锥形天线的超宽带微带转波导装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108649327A CN108649327A CN201810456536.2A CN201810456536A CN108649327A CN 108649327 A CN108649327 A CN 108649327A CN 201810456536 A CN201810456536 A CN 201810456536A CN 108649327 A CN108649327 A CN 108649327A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- slot
- transmission line
- wide band
- ultra
- uniform transmission
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 55
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 47
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims abstract description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000005404 monopole Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
- H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
- H01P5/10—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices for coupling balanced lines or devices with unbalanced lines or devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
- H01Q5/20—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements characterised by the operating wavebands
- H01Q5/25—Ultra-wideband [UWB] systems, e.g. multiple resonance systems; Pulse systems
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
- H01Q5/50—Feeding or matching arrangements for broad-band or multi-band operation
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于锥形天线的超宽带微带转波导装置，包括微带输入端口、插有锥形超宽带天线的波导结构和波导输出端口；所述插有锥形超宽带天线的波导结构包括外围的金属波导和内部的锥形超宽带天线，所述锥形超宽带天线包括上层锥形振子辐射结构、中间层介质基板和下层微带馈电网络结构；所述上层锥形振子辐射结构包括第一锥形金属片、第二锥形金属片以及两锥形金属片之间形成的第一槽和第二槽，所述第二槽位于第一槽下方并与第一槽直接相连。本发明的微带转波导装置可实现超宽带的频率范围传输，且具有可复用、易实现、易制造的优点。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信中的射频无源器件技术领域，尤其涉及一种基于锥形天线的超宽带微带转波导装置。
背景技术
随着现代通信技术的不断发展，射频微波技术在现代科技领域尤其是无线通信领域被广泛应用。由于通信和传输信号的频率的变高，传统的集总参数电路已经无法满足微波电路的要求，因此微波技术设计者使用传输线来代替传统导线。
传输线中使用最多范围最广的是波导传输线和微带传输线。由金属波导传输系统及其元件构成的微波电路系统具有功率容量大、损耗小的优点，但是其体积大、笨重、频带窄和不可集成。电路结构小型化、集成化的微波平面传输线构成的微波集成电路越来越受到业界的欢迎。为了获得二者的优势，需要一种连接器能够实现传输线之间转换，即一款能够通用微带转波导的连接装置，能够将二者有机的结合在一起获得最优效果。
微带转波导装置目前主要设计方法包括：1、使用准八木天线结构作为微带和波导之间的耦合元件。现有技术中提到使用一种类似八木天线的无巴伦单极子天线加载在微带和金属波导之间，实现耦合。这种使用单极子天线的方法虽然能够一定程度的拓宽传输频率的带宽，并且具有较为简单的电路结构，但无法摆脱八木天线带宽较窄的缺陷，无法满足微带转波导应用于宽宽带甚至是超宽带的传输条件。2、使用探针插入波导在波导的宽壁上的窗口，从而耦合从微带到波导的电磁场线。现有技术中提到金属探针为扇形探头实现探头阻抗的宽带匹配，通常选择在波导宽壁处的窗口的宽度和高度以确保波导模式沿着朝向微带线传播的方向处于截止状态，由于微带线和波导处于垂直结构，且需要在金属波导上开口，加大了其制造难度，同时需要波导进行开口并且对开口尺寸有具体要求，限制了这一设计的通用程度，不利于兼容。
因此，如何实现微带到波导在宽频带的范围内实现结构简单的转换依然是目前国内外关于微带转波导设计和实现的难点及热点。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种基于锥形天线的超宽带微带转波导装置，其可实现超宽带的频率范围传输，且具有可复用、易实现、易制造的优点。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于锥形天线的超宽带微带转波导装置，其特征在于：包括微带输入端口、插有锥形超宽带天线的波导结构和波导输出端口，信号从所述微带输入端口输入，通过所述插有锥形超宽带天线的波导结构转换，从所述波导输出端口输出；所述插有锥形超宽带天线的波导结构包括外围的金属波导和内部的锥形超宽带天线，所述锥形超宽带天线包括上层锥形振子辐射结构、中间层介质基板和下层微带馈电网络结构；所述上层锥形振子辐射结构包括第一锥形金属片、第二锥形金属片以及两锥形金属片之间形成的第一槽和第二槽，所述第二槽位于第一槽下方并与第一槽直接相连。
相对于现有技术，本发明采用具有巴伦结构的锥形超宽带天线作为微带传输线和波导之间的耦合结构，其插入方向为轴向，在超宽的带宽范围内可以实现信号传递，同时有效的将电波反射降至最低，达到微带到波导的转换效果；在传输效果达到近似探针型微带波导转换器的情况下，又不需要像探针型转换器对波导进行加工和开槽，因而造价较低，易于实现。
进一步地，所述第一锥形金属片和第二锥形金属片相互对称，所述第一槽和第二槽位于第一锥形金属片和第二锥形金属片的中轴线处。
进一步地，所述第一槽的宽度小于所述第二槽的宽度。槽的作用是，在原有天线部分频率点失配的情况下，可以使得天线的电流分布发生改变，等效改变了天线阻抗。上方的第一槽宽度比下方的第二槽宽度窄，则第一槽对于整体电路的影响小于第二槽，但是对细节的影响大于第二槽，两者配合可以实现宽频带内良好的阻抗匹配，有效地将电波反射降至最低。
进一步地，所述第一槽为第一矩形槽，所述第二槽为第二矩形槽。
进一步地，所述第二矩形槽的长宽相等。
进一步地，所述微带输入端口包括上层介质板、中间层金属传输线、下层介质板和接地金属块。
进一步地，所述接地金属块的底部与金属波导内壁短接，顶部与下层介质板相连。
进一步地，所述接地金属块的宽度与所述波导输出端口的内壁口径宽度一致。
进一步地，所述下层微带馈电网络结构包括第一均匀传输线、第二均匀传输线和第三均匀传输线；所述第一均匀传输线的一端与微带输入端口的中间层金属传输线相连，第一均匀传输线的另一端与第二均匀传输线的一端相连，第二均匀传输线的另一端与第三均匀传输线的一端相连，第三均匀传输线的另一端开路。
进一步地，所述第一均匀传输线、第二均匀传输线和第三均匀传输线围成一矩形区域，所述矩形区域位于第二矩形槽的正下方，其大小与第二矩形槽相等。这种正对的结构，可以减少能量泄露，使得微带线到辐射平面的耦合效果最好。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1为实施例1的基于锥形天线的超宽带微带转波导装置的外部示意图。
图2为实施例1的插有锥形超宽带天线的波导结构的示意图。
图3为实施例1的锥形超宽带天线的示意图。
图4为实施例1的上层锥形振子辐射结构和下层微带馈电网络结构的示意图。
图5为实施例1的基于锥形天线的超宽带微带转波导装置在频段0-50GHz的波损耗曲线。
具体实施方式
请参阅图1，本实施例的基于锥形天线的超宽带微带转波导装置，包括微带输入端口100、插有锥形超宽带天线的波导结构200和波导输出端口300，信号从所述微带输入端口100输入，通过所述插有锥形超宽带天线的波导结构200转换，从所述波导输出端口300输出。
请参阅图2和图3，所述微带输入端口100由上层介质板110、中间层金属导带均匀传输线120、下层介质板130和接地金属块140构成。所述插有锥形超宽带天线的波导结构200由外围的金属波导210和内部的锥形超宽带天线220构成，所述锥形超宽带天线220由上层锥形振子辐射结构221、中间层介质基板222和下层微带馈电网络结构223构成。所述接地金属块140的底部与金属波导210内壁短接，顶部与下层介质板130相连，宽度与金属波导210口径宽度一致。信号从微带输入端口100输入，通过中间层金属导带均匀传输线120传输到锥形超宽带天线的下层微带馈电网络结构223，经由下层微带馈电网络结构223馈送到位于中间介质基板222上方的上层锥形振子辐射结构221，然后辐射到金属波导210，从波导输出端口300输出。本实施例中，所述锥形超宽带天线的中间层介质基板222和微带输入端口的上层介质板110为同一结构。本实施例所采用的介质基板为Rogers RT/duroid 3003，厚度为1mm，金属铜箔厚度为0.02mm。
请参阅图4，所述上层锥形振子辐射结构221由第一锥形金属片221a、第二锥形金属片221b以及两锥形金属片之间形成的第一槽221c和第二槽221d构成，所述第二槽221d位于第一槽221c下方并与第一槽221c直接相连。本实施例中，所述第一锥形金属片221a和第二锥形金属片221b尺寸一致且相互对称，所述第一槽221c和第二槽221d位于第一锥形金属片221a和第二锥形金属片221b的中轴线处。作为进一步优化的，所述第一槽221c和第二槽221d均为矩形槽，且第一矩形槽221c的宽度相对于第二矩形槽221d较窄，第二矩形槽221d的长宽相等。
所述下层微带馈电网络结构223包括第一均匀传输线223a、第二均匀传输线223b和第三均匀传输线223c；所述第一均匀传输线223a的一端与微带输入端口的中间层金属导带均匀传输线120相连，第一均匀传输线223a的另一端与第二均匀传输线223b的一端相连，第二均匀传输线223b的另一端与第三均匀传输223c线的一端相连，第三均匀传输线223c的另一端开路。本实施例中，所述第一均匀传输线223a、第二均匀传输线223b和第三均匀传输线223c围成一矩形区域，该矩形区域的位置正对于上方的第二矩形槽221d，大小与第二矩形槽221d相等。
请参阅图5，其为本实施例的基于锥形天线的超宽带微带转波导装置在频段0-50GHz的波损耗曲线，从图中可以看出，本实施例的基于锥形天线的超宽带微带转波导装置可以实现在5.9GHz～50GHz范围内传输转换，其损耗均低于10dB，充分实现了超宽带特性。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
1、适用带宽宽，可以实现传输频率范围的超宽带。本发明使用锥形天线并开两个矩形槽，矩形槽构成的巴伦用于馈送结构，它利用微带到槽线过渡，使用这样一种微带转平面的巴伦结构，实现了微带信号传输到导体平面即辐射振子表面，以实现宽频带内的良好的阻抗匹配，有效的将电波反射降至最低。
2、即插即用性。本发明使用的锥形微带天线为矩形平面结构，与金属波导的连接方式为直接插入波导口，不需要在波导侧面壁开口，仅仅对波导的口径有要求，可以有效的在口径一致的各种波导使用，且稳定性好。
3、低成本。本发明所设计的微带转波导的耦合结构仅由单层介质板外加上下两层金属面构成，因此可以采用传统的PCB加工工艺，板材成本和加工成本低。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于锥形天线的超宽带微带转波导装置，其特征在于：包括微带输入端口、插有锥形超宽带天线的波导结构和波导输出端口，信号从所述微带输入端口输入，通过所述插有锥形超宽带天线的波导结构转换，从所述波导输出端口输出；所述插有锥形超宽带天线的波导结构包括外围的金属波导和内部的锥形超宽带天线，所述锥形超宽带天线包括上层锥形振子辐射结构、中间层介质基板和下层微带馈电网络结构；所述上层锥形振子辐射结构包括第一锥形金属片、第二锥形金属片以及两锥形金属片之间形成的第一槽和第二槽，所述第二槽位于第一槽下方并与第一槽直接相连。
2.根据权利要求1所述的基于锥形天线的超宽带微带转波导装置，其特征在于：所述第一锥形金属片和第二锥形金属片相互对称，所述第一槽和第二槽位于第一锥形金属片和第二锥形金属片的中轴线处。
3.根据权利要求1或2所述的基于锥形天线的超宽带微带转波导装置，其特征在于：所述第一槽的宽度小于所述第二槽的宽度。
4.根据权利要求3所述的基于锥形天线的超宽带微带转波导装置，其特征在于：所述第一槽为第一矩形槽，所述第二槽为第二矩形槽。
5.根据权利要求4所述的基于锥形天线的超宽带微带转波导装置，其特征在于：所述第二矩形槽的长宽相等。
6.根据权利要求4所述的基于锥形天线的超宽带微带转波导装置，其特征在于：所述微带输入端口包括上层介质板、中间层金属传输线、下层介质板和接地金属块。
7.根据权利要求6所述的基于锥形天线的超宽带微带转波导装置，其特征在于：所述接地金属块的底部与金属波导内壁短接，顶部与下层介质板相连。
8.根据权利要求7所述的基于锥形天线的超宽带微带转波导装置，其特征在于：所述接地金属块的宽度与所述波导输出端口的内壁口径宽度一致。
9.根据权利要求6所述的基于锥形天线的超宽带微带转波导装置，其特征在于：所述下层微带馈电网络结构包括第一均匀传输线、第二均匀传输线和第三均匀传输线；所述第一均匀传输线的一端与微带输入端口的中间层金属传输线相连，第一均匀传输线的另一端与第二均匀传输线的一端相连，第二均匀传输线的另一端与第三均匀传输线的一端相连，第三均匀传输线的另一端开路。
10.根据权利要求9所述的基于锥形天线的超宽带微带转波导装置，其特征在于：所述第一均匀传输线、第二均匀传输线和第三均匀传输线围成一矩形区域，所述矩形区域位于第二矩形槽的正下方，其大小与第二矩形槽相等。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810456536.2A CN108649327A (zh) | 2018-05-14 | 2018-05-14 | 一种基于锥形天线的超宽带微带转波导装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810456536.2A CN108649327A (zh) | 2018-05-14 | 2018-05-14 | 一种基于锥形天线的超宽带微带转波导装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108649327A true CN108649327A (zh) | 2018-10-12 |
Family
ID=63755283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810456536.2A Pending CN108649327A (zh) | 2018-05-14 | 2018-05-14 | 一种基于锥形天线的超宽带微带转波导装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108649327A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010112034A (ko) * | 2000-06-13 | 2001-12-20 | 권영우 | 도파관-마이크로스트립 변환 구조를 이용한 전력 결합기 |
| CN205666315U (zh) * | 2016-06-06 | 2016-10-26 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 用于w波段波导—微带探针转换器 |
| CN206712002U (zh) * | 2017-05-09 | 2017-12-05 | 四川众为创通科技有限公司 | 一种毫米波悬置微带线到矩形波导过渡电路 |
-
2018
- 2018-05-14 CN CN201810456536.2A patent/CN108649327A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010112034A (ko) * | 2000-06-13 | 2001-12-20 | 권영우 | 도파관-마이크로스트립 변환 구조를 이용한 전력 결합기 |
| CN205666315U (zh) * | 2016-06-06 | 2016-10-26 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 用于w波段波导—微带探针转换器 |
| CN206712002U (zh) * | 2017-05-09 | 2017-12-05 | 四川众为创通科技有限公司 | 一种毫米波悬置微带线到矩形波导过渡电路 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| WENTAO XU: "A Novel Ultra-Wideband Microstrip-to-Waveguide Transition Based on Microstrip Tramped Antenna", 《2018 INTERNATIONAL CONFERENCE ON MICROWAVE AND MILLIMETER WAVE TECHNOLOGY》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8026859B2 (en) | Horn antenna with integrated impedance matching network for improved operating frequency range | |
| JP5362120B2 (ja) | 導波管変換器への低損失広帯域平面伝送路 | |
| US8089327B2 (en) | Waveguide to plural microstrip transition | |
| CN108134171A (zh) | 一种同轴探针过渡式的Ku波段宽带波导微带转换器 | |
| TW201644092A (zh) | 垂直轉接結構 | |
| US11350537B2 (en) | Electrical feedthrough assembly | |
| US20120056696A1 (en) | Connector | |
| CN108448218A (zh) | 全带宽矩形波导同轴转换装置 | |
| CN107275735B (zh) | 一种新型的同轴微带转换器 | |
| CN214625370U (zh) | 一种新型宽波束低后瓣喇叭天线 | |
| CN108649327A (zh) | 一种基于锥形天线的超宽带微带转波导装置 | |
| CN115986353A (zh) | 同轴微带转换结构 | |
| US10333226B2 (en) | Waveguide antenna with cavity | |
| CN114094297A (zh) | 一种紧凑型双脊波导同轴转换器 | |
| US10637119B2 (en) | Reduced size phase shifter | |
| CN213026435U (zh) | 降低高宝线间耦合的结构 | |
| US20180219288A1 (en) | Wideband Dielectrically Loaded Rectangular Waveguide to Air-filled Rectangular Waveguide Adapter | |
| KR101651014B1 (ko) | 광대역 동축 커넥터 | |
| CN219979790U (zh) | 一种微带波导转换器 | |
| KR102550761B1 (ko) | 종단 급전 동축 도파관 어뎁터 및 이를 포함하는 안테나 | |
| CN114050407B (zh) | 波导模式激励结构、方法及其应用 | |
| CN212462239U (zh) | 板端连接器 | |
| WO2022001914A1 (zh) | 耦合器、收发模块及通信系统 | |
| KR20190056892A (ko) | 서스펜디드 스트립라인과 도파관 간의 전이 구조 | |
| CN115632232A (zh) | 一种宽带平衡器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20181012 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |