CN109546276A - 一种新型平面波导-微带转换结构 - Google Patents

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李超
马汉清
李绪平
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Xian Electronic Engineering Research Institute
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    • 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 with unbalanced lines or devices
    • H01P5/107—Hollow-waveguide/strip-line transitions

Abstract

本发明涉及一种包括下层的波导和上层的微带介质层。波导宽边上的缝隙开在波导上表面，且距波导短路面λg/4处，波导上表面与微带金属底板紧密贴合，开在波导宽边上的缝隙与金属底板上刻蚀的缝隙尺寸相等，位置完全重合。微带上表面的感应贴片与微带下表面金属底板上刻蚀的缝隙位置对应重合，且在其四个角各有一个金属化孔。这种新的转换形式具有传输损耗低，性能稳定，结构简单，易于加工的特点，同时平面化的结构能促成Ka波段大规模微带天线阵的应用，相比于传统的微带线馈电天线和波导缝隙阵天线，可同时具有高效辐射和低成本的优点，因此该发明的无论在军用还是在民用领域都有非常大的应用前景。

Description

一种新型平面波导-微带转换结构
技术领域
本发明属于天线技术领域，涉及一种新型的波导转接微带结构，可以应用于Ka频段，要求天线阵具有高辐射效率的军用和民用产品领域。
背景技术
微带天线是天线的重要实现形式之一，具有低剖面、重量轻、易共形、易制作、低成本以及易与电路集成等优点，在无线通信领域有着广泛的应用。微带天线单元增益一般只有6～8dB，为了获得更大增益，或为了实现特定方向性要求，常采用由微带辐射元组成的微带阵列天线。
传统的微带馈电网络，无论串馈形式还是并馈形式，在Ka波段的插损都非常大，致使微带天线阵辐射效率很低，极大的限制了具有低成本优势的微带天线在这个频段的应用。
在该波段，矩形波导为电磁波的良好载体，具有传输损耗低，无电磁泄漏的优点。因此在设计大阵面天线时，常常使用波导形式的馈电网络，相应的天线形式基本限制为波导缝隙阵。这种形式的天线插损小，效率高，性能稳定，但是加工成本相比于微带天线阵要高得多，而且重量较大，剖面较高。
因此，一种兼备微带天线阵列和波导缝隙阵优点的新天线形式亟待研发，其具有可比拟波导缝隙阵效率的同时，成本应该大幅降低。
为了满足上述要求，自然考虑到研发一种使用波导+微带混合馈电形式的天线阵。波导部分作为主要的馈电网络，能够最大程度的减小传输损耗；微带部分作为末级功分以及辐射天线，可以在损耗不太大的前提下，有效的降低成本。
然而要实现以上想法，关键的问题在于怎样实现波导与微带之间的高效率过渡，使得电磁能量几乎无损的在两者之间传输，只有解决了这一技术难题，才有可能实现波导+微带形式的天线阵。本发明就是一种高效的波导-微带转换的结构，同时这种转换结构为平面结构，能够满足组成大型天线阵列的要求。
发明内容
要解决的技术问题
该发明针对传统毫米波微带天线阵馈线插损大，阵面辐射效率低的缺点，本发明提出一种新型平面波导-微带转换结构。
技术方案
一种新型平面波导-微带转换结构，其特征在于包括下层的波导和上层的微带介质层，波导的一端为馈电口，另一端为终端短路，在波导的宽边上开有纵向缝隙，开在波导宽边上的纵向缝隙距波导短路面λg/4处，所述的λg为波导波长；微带介质层的下表面为微带金属底板，微带金属底板与波导的上表面紧密贴合，在微带金属底板上与开在波导宽边上的纵向缝隙的对应处刻蚀相同形状和尺寸的缝隙，微带介质层的上表面对应缝隙处设有感应贴片，感应贴片的两端连接微带传输线，在感应贴片的四个角各有一个金属化孔，将微带上表面贴片与微带金属底板连接。
有益效果
本发明提出的一种新型平面波导-微带转换结构，突破性地提出一种平面波导-微带转换结构方案，该方案在Ka波段可以高效率的完成波导与微带之间的能量转换传输，同时平面化的结构完全适合组成大型阵列的馈电网络。这种新的转换形式具有传输损耗低，性能稳定，结构简单，易于加工的特点，同时平面化的结构能促成Ka波段大规模微带天线阵的应用，相比于传统的微带线馈电天线和波导缝隙阵天线，可同时具有高效辐射和低成本的优点，因此该发明的无论在军用还是在民用领域都有非常大的应用前景。优点如下：
1、平面化的转换结构，完全符合组阵对于馈电结构的要求；
2、采用缝隙耦合的方式实现波导-微带间的转换，幅度相位均很稳定，且易于加工，免于后期调试。
3、巧妙地采用金属化孔，将转换部分的微带电磁辐射降到最低，满足高效率的要求。
附图说明
图1波导转微带馈电结构顶视图
图2波导转微带馈电结构侧视图
图3波导转微带馈电结构微带上表面
图4波导转微带馈电结构微带下表面
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明的波导-微带转换结构是一种全新的设计，这是一种平面化的转换结构，能够作为大阵面天线的馈电结构使用。由波导壁1波导腔2波导馈电端口3波导短路面4，微带介质层5波导宽边上的缝隙6微带矩形贴片上的金属化孔7微带上表面的感应贴片8微带传输线9，微带金属底板10金属底板上刻蚀的缝隙11组成。波导宽边上的缝隙6开在波导上表面，且距波导短路面4λg/4处，波导上表面与微带金属底板10紧密贴合，开在波导宽边上的缝隙6与金属底板上刻蚀的缝隙11尺寸相等，位置完全重合。微带上表面的感应贴片8与微带下表面金属底板上刻蚀的缝隙11位置对应重合，且在其四个角各有一个金属化孔。
该结构具体包括下层的馈电波导和上层的微带线两个大部分：
波导部分一端为馈电口，另一端终端短路，在距短路面λg/4(λg为波导波长)处的上表面宽边上开有一个纵向缝隙(见说明书附图1、2)；
微带部分支撑物为介质基板，其底侧的金属底板紧贴馈电波导的上壁，并且在金属底板对应于波导缝隙处刻蚀一等大的缝隙。微带板上表面为馈线，馈线的中段对应于底层缝隙处，有一矩形贴片，贴片的四角开有金属化过孔(见说明书附图3、4)。
参加图1、图2，下层的波导包括波导壁1、波导腔2、波导馈电端口3、波导短路面4和波导宽边上的缝隙6。参见图3、图4，上层的微带介质层5包括微带矩形贴片上的金属化孔7、微带上表面的感应贴片8、微带传输9线、微带金属底板10以及微带金属底板10上刻蚀的缝隙11。
距矩形波导短路4λg/4处(λg为波导波长)，在波导宽边开有一个纵向缝隙6，这个缝隙偏离波导宽边中心线一定距离，作用为向微带线耦合电磁能量。
微带板下表面金属底板10紧贴波导宽边，在金属底板与波导缝隙6对应的位置上刻蚀等大的缝隙11，作用为接收波导缝隙传输的电磁能量。波导与微带之间结构的转换和能量的传输是通过缝隙耦合的方式实现的，具体是通过开在波导宽边上的缝隙6和金属底板上刻蚀的缝隙11对接实现。
微带板上表面与缝隙对应的位置上为一矩形贴片8，贴片的两侧为微带传输线9，作用为感应地板上缝隙11耦合出来的电磁能量，并沿馈线在微带层传输电磁波。微带上表面的感应贴片8将感应耦合至微带的电磁能量，并传输至贴片两边的微带传输线9，从而实现了能量的转换。
在矩形贴片的四个角，各开有一个金属化孔7连接上层贴片8和下层地板10，使得贴片的能量被限制在微带板上下层金属之间，降低能量泄露，保证高效传输。为抑制微带上表面的感应贴片8的辐射，在贴片的四个角各有一个微带矩形贴片上的金属化孔7，将微带上表面贴片与微带金属底板10连接，将电磁能量约束在微带上下表面不向外辐射。
本发明在Ka频段波导-微带转换损耗仅为0.2dB～0.3dB，同时平面化结构可以使其组成大型阵列天线的馈电网络，从而可突破性实现Ka波段高效率、低成本的大型天线阵。

Claims (1)

1.一种新型平面波导-微带转换结构，其特征在于包括下层的波导和上层的微带介质层(5)，波导的一端为馈电口，另一端为终端短路，在波导的宽边上开有纵向缝隙，开在波导宽边上的纵向缝隙(6)距波导短路面(4)λg/4处，所述的λg为波导波长；微带介质层(5)的下表面为微带金属底板(10)，微带金属底板(10)与波导的上表面紧密贴合，在微带金属底板(10)上与开在波导宽边上的纵向缝隙(6)的对应处刻蚀相同形状和尺寸的缝隙(11)，微带介质层(5)的上表面对应缝隙(11)处设有感应贴片(8)，感应贴片(8)的两端连接微带传输线(9)，在感应贴片(8)的四个角各有一个金属化孔，将微带上表面贴片与微带金属底板(10)连接。
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