CN109546277A - 一种毫米波微带-同轴-波导过渡结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微带‑同轴‑波导过渡，主要应用于毫米波收发组件需要下穿、密封的领域，解决组件设计中微带线‑波导多层互联过渡的问题。设计中采用Rogers5880作为微带线的基片材料，同轴体采用专门设计的射频绝缘子，在同轴过渡处采用空气过渡，即保证了性能，又满足了装配的要求。该种微带‑同轴‑波导过渡，相对于传统的微带探针过渡，在毫米波频段，插损达到了0.1dB，驻波小于1.20。该种过渡结构已经应用于项目中，完成工程验证，具有很好的可靠性和一致性。
Description
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，具体是毫米波收发组件中多层信号之间传输微带-同轴-波导过渡问题。
背景技术
随着现代毫米波收发组件技术的发展，高频段、小体积及集成化成为趋势。一般意义上的传统单层传输形式已经不能满足组件的设计需求，多层信号传输可以很好的解决组件体积上的限制，使组件小型化成为可能。采用多层信号的传输形式，会引入信号之间的传输过渡问题，这就需要在不同信号层之间选择合适的传输形式进行信号互联。
在毫米波频段，传统的多层互联形式有微带探针-波导过渡，微带-鳍线过渡等。微带探针-波导结构存在的主要问题是体积大，无法满足收发组件对体积的苛刻要求，不适合小型化组件的发展需求，而且，开放式的波导端口，不具有密封性。微带-鳍线过渡的主要问题是对加工精度要求比较高，而且，传输损耗比较大。有必要设计一种满足收发组件要求的紧凑型微带-波导过渡。
对于MMIC器件，采用表贴的形式粘接在腔体底部，在传统的传输系统中，微带线作为二维平面传输形式，可以与微波芯片进行良好的集成互联，而同轴体最大的优势就是传输形式比较灵活，传输链路前后可以保证很好的密封，避免水汽干扰。本发明在微带-波导之间采用同轴形式进行过渡，其中，在微带-同轴端引入“环”形匹配焊盘及空气过渡结构，使微带-同轴输入输出达到良好匹配，传输效率有较大提高；在同轴-波导端引入同轴探针过渡结构，通过设计优化同轴探针尺寸及距离波导口端面的位置，实现了微带-同轴-波导过渡。
发明内容
要解决的技术问题
为了解决毫米波收发组件中多层信号互联问题，本发明提出一种带宽宽、插损低、易密封的微带-同轴-波导过渡。
技术方案
一种毫米波微带-同轴-波导过渡结构，其特征在于包括腔体、微带板、空气腔、绝缘体、波导和同轴探针；微带板粘接在腔体的底部，同轴探针位于波导内，同轴探针的内导体穿过绝缘体和空气腔与微带板上的微带线焊接，同轴体的内导体与微带线的焊盘处为环形，空气腔为同轴结构。
所述的绝缘体采用标准的TL-1410-07射频绝缘子。
所述的微带板采用Rogers5880，厚度为0.254mm，介电常数为2.2。
所述的波导采用标准的BJ320波导。
所述的空气腔满足阻抗公式：
其中，a、b为同轴线内外导体半径，εr为相对介电常数。
所述的腔体的材料为金属。
有益效果
本发明提出的一种毫米波微带-同轴-波导过渡结构，通过优化微带-同轴接口尺寸，减小过渡的不连续性，达到阻抗匹配的目的。相对于传统的微带探针过渡，在毫米波频段，插损达到了0.1dB，驻波小于1.20。该种过渡结构已经应用于项目中，完成工程验证，具有很好的可靠性和一致性。具体特点如下：
1)宽带宽。在同轴体的输入端引入空气腔，将整个过渡的工作频率上移至Ka波段(32～38GHz)，带宽达到6GHz。
2)低插损。在微带-波导引入“容性”同轴探针，通过优化同轴探针的位置及尺寸参数，改善了链路匹配，减小了插损，整个链路插损只有0.1dB。
3)高效率。在微带-同轴连接处，巧妙的引入“环”形匹配焊盘，通过优化焊盘的尺寸，有效的降低了传输损耗，提高了传输效率，传输效率达到了98.2％。
4)易密封。同轴体采用专门设计的射频绝缘子，同轴体外壁通过导电胶与腔体壁紧密接触，保证微带-波导之间良好密封。
附图说明
图1同轴电磁场分布图
图2微带电磁场分布图
图3微带-同轴过渡等效电路图
图4微带-同轴-波导过渡立体图
1-腔体，2-微带线，3-空气腔，4-绝缘体，5-波导，6-同轴探针
图5微带-同轴-波导过渡结构图(正视图)
图6微带-同轴-波导过渡结构图(侧视图)
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明基于微波基本理论，在同轴线传输媒介中，传输的是TEM波，TEM波是同轴线的主模。在同轴线中，电磁场只有Er与两个分量，其电磁场分布如图1所示。其特点是：电场强度在越接近内导体的地方越强，因而内导体的表面高频电流密度比外导体表面的高频电流密度大得多，同轴线中的高频损耗也将集中在截面尺寸较小的内导体上。
如图2所示，微带是由敷在介质基片一面的导体带和敷在另一面的接地板构成，介质基片的厚度为h，导体带宽度为W，厚度为t。在微带传输媒介中，传输的是准TEM波，其特点是：传输模式是Ez≠0，Hz≠0的混合模，没有截止频率，可以传输任何频率的电磁波，纵向场分量的大小随工作频率而变。当工作频率降低时，纵向场分量减小，色散减弱；反之，随着频率的提高，纵向场分量增大，色散也随之增强。
为了实现微带-波导高效传输的要求，在设计中，首先在微带-同轴的接口处，加入“环”形焊盘，一方面可以保证同轴体的内导体与微带线之间良好焊接，另一方面通过优化焊盘的尺寸，使微带输入与同轴体进行匹配连接，减小了不连续性，有利于信号的传输，焊盘具体尺寸见表1。同时，输出口采用标准的BJ320波导进行传输，通过优化同轴体位于波导内的位置和尺寸，具体尺寸见表2，使同轴-波导过渡更加有效。
微带板基片采用Rogers5880，厚度为0.254mm，介电常数为2.2，装配中只需将微带底部涂覆导电胶，微带下底板直接与腔体粘接，为了保证微带能够与腔体底部良好接触，腔体槽采用正公差加工，具体尺寸见表1、2。
设计中在同轴体的输入端引入空气腔过渡，该种空气过渡在Ka波段对过渡的影响比较明显。在低频段(X，Ku，S，C)，单空气腔的过渡可以满足指标要求，但是，Ka波段尤其毫米波频段，空气过渡对信号的传输有明显的改善效果。同轴体采用专门设计的射频绝缘子进行配装，保证了同轴体的一致性，同轴体的内导体通过微带板的中心开孔焊接。
测试结果表明：采用该种形式的微带-同轴-波导过渡，在32～38GHz的频带内，插入损耗：≤0.1dB，端口驻波：≤1.20:1，传输效率：≥98.2％，整个过渡形式易于加工、装配，可以广泛应用于毫米波收发组件及需要微带波导过渡的领域。
表1微带探针尺寸建议参数
单位：mm
| W1 | W2 | R1 | R2 | R3 | R4 |
| 2.0 | 0.8 | 0.2 | 0.3 | 1.0 | 0.44 |
表2微带-同轴-波导过渡尺寸建议参数
单位：mm
| h1 | h2 | h3 | h4 | h5 | h6 |
| 2.0 | 0.8 | 1.6 | 2.81 | 1.37 | 2.2 |
Claims (6)
1.一种毫米波微带-同轴-波导过渡结构，其特征在于包括腔体(1)、微带板(2)、空气腔(3)、绝缘体(4)、波导(5)和同轴探针(6)；微带板(2)粘接在腔体(1)的底部，同轴探针(6)位于波导(5)内，同轴探针(6)的内导体穿过绝缘体(4)和空气腔(3)与微带板(2)上的微带线焊接，同轴体(4)的内导体与微带线的焊盘处为环形，空气腔(3)为同轴结构。
2.根据权利要求1所述的毫米波微带-同轴-波导过渡结构，其特征在于所述的绝缘体(4)采用标准的TL-1410-07射频绝缘子。
3.根据权利要求1所述的毫米波微带-同轴-波导过渡结构，其特征在于所述的微带板(2)采用Rogers5880，厚度为0.254mm，介电常数为2.2。
4.根据权利要求1所述的毫米波微带-同轴-波导过渡结构，其特征在所述的波导(5)采用标准的BJ320波导。
5.根据权利要求1所述的毫米波微带-同轴-波导过渡结构，其特征在于所述的空气腔(3)满足阻抗公式：
其中，a、b为同轴线内外导体半径，εr为相对介电常数。
6.根据权利要求1所述的毫米波微带-同轴-波导过渡结构，其特征在于所述的腔体(1)的材料为金属。
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|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112670689A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-04-16 | 北京遥测技术研究所 | 一种Ka频段低损耗波导微带过渡组件 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108711665A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-10-26 | 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） | 矩形波导微带气密封过渡电路 |
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2018
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|---|
| 宋志东等: "一种Ka波段宽带波导-微带转换器的研制", 《火控雷达技术》 * |
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| CN112670689A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-04-16 | 北京遥测技术研究所 | 一种Ka频段低损耗波导微带过渡组件 |
| CN112670689B (zh) * | 2020-11-10 | 2021-12-28 | 北京遥测技术研究所 | 一种Ka频段低损耗波导微带过渡组件 |
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