CN109037873B - 一种带过渡结构的模式复合传输线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带过渡结构的模式复合传输线，包括微带线导体、微带线地板，基片集成波导、两侧边导体平面、交指电容过渡结构、微带渐变线过渡结构以及介质基板。本发明可用于微波毫米波宽带及多频系统中，其优点是仅需要单层基板实现低成本化，过渡结构具有很宽的相对带宽，且两种模式可以工作在频率相差很大的情况下，传输模式之间由于物理结构隔离，低频和高频模式之间隔离度高，串扰小。

Description

一种带过渡结构的模式复合传输线
技术领域
本发明属于微波毫米波传输线技术领域，涉及一种模式复合传输线。
背景技术
模式复合传输线是一种由多种传输线结构复合而成，具有结构复用，模式复合的新型传输线结构。因其相比于多种传输线单独使用具有小型化，多模式传输的特点，所以特别适用于小型化，多频段，多功能的微波系统中。只是，由于模式复合传输线是由多种传输线复合而成，所以解决不同种类传输线间的互耦以及各种传输线的馈电将是模式复合传输线设计的难点和关键。因此设计高性能，宽带，传输模式间高隔离的模式复合传输线是十分有价值的
模式复合传输线由吴柯等学者在2016年提出，并设计了一种由基片集成波导和矩形同轴线复合而成的模式复合传输线，并命名为模式复合波导，这种模式复合传输线由三层基板组成，基片集成波导作为矩形同轴线的内导体，以TE10模为主模传输，矩形同轴线的主模为TEM模。在此基础上，提出了联合馈电的结构，使两种传输线的模式能够单独激励，分别使用(J.-P Guo,T.Djerafi,K.Wu,“Mode Composite Waveguide,”IEEETrans.Microw.Theory Techn.,vol.64,no.10,pp.3187-3197,Oct.2016)。2018年，YujianLi等学者提出了一种由基片集成波导和微带线复合而成的模式复合传输线，命名为双模模式复合微带线，这种模式复合传输线由两层基板组成。基片集成波导作为微带线的导体以TE10模式传输，微带线传输准TEM模式。但是相关的文献中并没有提出一种有效的馈电结构，单独激励两种模式。(Y-J Li and J-H Wang,“Dual-Band Leaky-Wave Antenna Based onDual-Mode Composite Microstrip Line for Microwave and Millimeter-WaveApplications,”IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.66,no.4,pp.1660–1667,Apr.2018.)上述两种模式复合传输线均为多层结构，相比单层的结构来说，加工难度较大，且两种模式均需要单独的馈电结构。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种带过渡结构的模式复合传输线，在实现高性能多模式传输的前提现，实现单层结构，单馈结构实现两种模式激励的特点
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种带过渡结构的模式复合传输线，包括微带线导体、微带线地板，基片集成波导、两侧边导体平面、交指电容过渡结构、微带渐变线过渡结构以及介质基板，所述微带线导体位于介质基板上表面；所述微带线地板位于介质基板下表面；两侧边导体平面位于介质基板下表面的基片集成波导两侧且不与基片集成波导直接接触；所述两侧边导体平面与微带线地板直接接触，交指电容过渡结构位于基片集成波导与微带线地板之间，微带渐变线过渡结构位于介质基板上表面的基片集成波导与微带线导体之间。
进一步的，交指电容过渡结构关于基片集成波导宽边的中垂线对称，且交指电容过渡结构总的宽度小于基片集成波导的宽度；交指电容过渡结构的具体尺寸，如交指电容中交指枝节的个数、各交指枝节的长度宽度以及交指枝节间的间距由微带线与模式复合传输线高低频工作频率的过渡效果决定。
进一步的，所述微带渐变线过渡结构的尺寸由微带线导体与基片集成波导的工作频段共同决定。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明所采用的模式复合传输线以及微带线过渡结构将高频传输模式和低频传输模式分离，使低频的电磁波耦合到中心导体带与两边导体带之间的缝隙上，以准共面波导的TEM模式传输，高频为基片集成波导的主模TE10传输模式，在基片集成波导内部传输，这两种模式之间由于物理结构隔离，提高了低频和高频模式之间串扰。
(2)本发明提出的模式复合传输线由基片集成波导和准共面波导复合而成，仅需要单层基板实现。能够大大降低加工成本。
(3)本发明的过渡结构具有很宽的相对带宽，且两种模式的工作频率相差大的特点，适合于宽带，多频系统的应用
本发明的目的、特征及优点将结合实施例，参照附图作如下进一步的说明。
附图说明
图1是本发明一种带过渡结构的模式复合传输线的结构示意图。。
图2是本发明在1-8GHz模式复合传输线与微带线过渡结构S参数仿真结果图。
图3是本发明在20-40GHz模式复合传输线与微带线过渡结构S参数仿真结果图。
具体实施方式
如图1的一种带过渡结构的模式复合传输线的结构示意图所示，一种带过渡结构的模式复合传输线，包括微带线导体11、微带线地板12，基片集成波导2、两侧边导体平面3、交指电容过渡结构4、微带渐变线过渡结构5以及介质基板6，所述带过渡结构的模式复合传输线采用厚度为0.508mm的低损耗Rogers 5880基板，所述微带线导体11位于介质基板6上表面；所述微带线地板12位于介质基板6下表面；两侧边导体平面3位于介质基板6下表面的基片集成波导2两侧且不与基片集成波导2直接接触；所述两侧边导体平面3与微带线地板12直接接触，交指电容过渡结构4位于基片集成波导2与微带线地板12之间，微带渐变线过渡结构5位于介质基板6上表面的基片集成波导2与微带线导体11之间。
交指电容过渡结构4关于基片集成波导2宽边的中垂线对称，基片集成波导宽边长度为5.8mm，金属通孔直径为0.4mm，金属通孔离基片集成波导宽边的距离为0.15mm，且交指电容过渡结构4总的宽度小于基片集成波导2的宽度，所述交指电容的总宽度为3.92mm；交指电容过渡结构4的具体尺寸，如交指电容中交指枝节的个数为15个、各交指枝节的长度为1.2mm宽度为0.144mm以及交指枝节间的间距为0.11mm，这些参数的选择由微带线与模式复合传输线高低频工作频率的过渡效果决定。
所述微带渐变线过渡结构5的尺寸，由微带线导体11与基片集成波导2的工作频段共同决定。
图2给出了本具体实施中在1-8GHz模式复合传输线与微带线过渡结构S参数仿真结果图。在1-6.5GHz下，插入损耗低于1dB，回波损耗低于-10dB。
图2给出了本具体实施中在20-40GHz模式复合传输线与微带线过渡结构S参数仿真结果图。在26-40GHz下，插入损耗低于1dB，回波损耗低于-10dB。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种带过渡结构的模式复合传输线，包括微带线导体（11）、微带线地板（12），基片集成波导（2）、两侧边导体平面（3）、交指电容过渡结构（4）、微带渐变线过渡结构（5）以及介质基板（6），其特征在于：所述微带线导体（11）位于介质基板（6）上表面；所述微带线地板（12）位于介质基板（6）下表面；两侧边导体平面（3）位于介质基板（6）下表面的基片集成波导（2）两侧且不与基片集成波导（2）直接接触；所述两侧边导体平面（3）与微带线地板（12）直接接触，交指电容过渡结构（4）位于基片集成波导（2）与微带线地板（12）之间，微带渐变线过渡结构（5）位于介质基板（6）上表面的基片集成波导（2）与微带线导体（11）之间；
所述交指电容过渡结构（4）将高频传输模式和低频传输模式分离，使低频的电磁波耦合到基片集成波导（2）与两侧边导体平面（3）之间的缝隙上，以准共面波导的TEM模式传输，高频为基片集成波导（2）的主模TE10传输模式，在基片集成波导（2）内部传输。
2.根据权利要求1所述的一种带过渡结构的模式复合传输线，其特征在于：交指电容过渡结构（4）关于基片集成波导（2）宽边的中垂线对称，且交指电容过渡结构（4）总的宽度小于基片集成波导（2）的宽度；交指电容过渡结构（4）中交指枝节的个数、各交指枝节的长度宽度以及交指枝节间的间距由微带线与模式复合传输线高低频工作频率的过渡效果决定。
3.根据权利要求1所述的一种带过渡结构的模式复合传输线，其特征在于：所述微带渐变线过渡结构（5）的尺寸由微带线导体（11）与基片集成波导（2）的工作频段共同决定。
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