CN109921164B - 非接触式脊波导微带耦合缝探针过渡电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种非接触式脊波导微带耦合缝探针过渡结构，旨在提供一种具有宽频带、低插损的过渡电路。本发明通过下述技术方案予以实现：波导脊背延伸至开窗波导底部下方，向下截断并垂直转折后形成脊背开路端断面,并被从开窗波导窗口终端侧壁向下插入的微带基片分隔为波导耦合缝和屏蔽腔；微带探针从开窗波导的矩形窗口垂直插入耦合缝，面向脊背开路端垂直壁面形成电磁耦合缝过渡区，与脊背开路端3垂直表面平行的电场线和微带基片背端的波导屏蔽腔的电场线共同作用在微带探针表面形成面电流，经过开窗波导窗口通道内的一段高阻抗微带线来抵消微带探针与脊背开路端的侧壁间的分布电容后，将高阻的脊波导准TE₁₀模转换为微带准TEM模式，完成过渡。

Description

非接触式脊波导微带耦合缝探针过渡电路

技术领域

本发明涉及微波/毫米波电路领域，具体涉及包含脊波导的微波/毫米波模块与组件，主要应用于脊波导与微带电路之间的高效率信号传输。

背景技术

虽然微波单片集成电路均采用微带线实现信号传输与互联，但在很多大功率应用中需要用到矩形波导作为射频信号的输入输出接口。所以,如何设计宽频带、低插入损耗、尺寸小巧并且容易制造的波导—微带过渡电路显得尤为重要,其对系统的性能将有直接影响。目前,常用的波导到微带的过渡转换方法包括：波导—脊波导—微带过渡，波导—耦合探针—微带过渡，波导—对极鳍线—微带过渡等，可根据实际应用情况选用不同的过渡形式。这些过渡电路均具有较宽的工作频带，且插入损耗较小。脊波导过渡可覆盖工作频带宽，但若电路中的脊背末端与微带未良好接触，会大大影响过渡的电气性能。此外，重复的装卸也会造成电路性能的下降；耦合探针过渡从同轴探针发展而来，这种结构能够在较宽的频率范围内获得较小的插入损耗与驻波系数，但由于波导与微带的传输方向垂直，加大了系统集成难度，造成某些应用中无法或不易安装波导短路活塞，调试复杂；对脊鳍线过渡采用印制工艺在介质基片上制作来实现，由于无需波导元件配合，因而其电性能只由鳍线过渡段决定。对脊鳍线渐变设计常采用沿渐变方向的平滑阻抗变换曲线，以便在满足反射损耗要求的同时使渐变段的物理尺寸尽可能短。由于射频信号经过位于介质基片上的鳍线过渡段较长，因而其损耗相比其它过渡电路会略微偏大。

矩形波导受结构限制，其主模工作带宽无法覆盖倍频程，因此在宽带大功率应用中常常采用脊波导来替代矩形波导作为主传输线，能够实现2～3个倍频程的覆盖。通常的脊波导微带过渡电路采用微带导带直接与波导脊背接触的方式实现，其性能优劣主要取决于接触精度的高低。电路加工装配误差以及外界环境变化带来的应力容易造成接触程度变差，进而恶化过渡电路性能。传统的脊波导微带过渡电路采用波导脊背阶梯渐变后与微带导线接触的方式来实现信号过渡，其中阶梯渐变脊背虽然是一种简单有效的阻抗变换结构，但是由于脊波导的波长比矩形波导同频率的波长大，因而过渡段的物理尺寸很长，并且对机械加工的精度要求高，波导脊背与微带导线接触的紧密程度对过渡性能也有很大影响。因此传统的脊波导微带接触式过渡电路在稳定性以及抗震性能等方面均不理想。电磁场理论表明，通过电磁耦合同样可以实现信号的高效率传输。脊波导中的电磁信号主要位于脊背缝隙之间，通过插入其中的金属探针耦合电场或感应环耦合磁场均可实现电磁信号耦合。由于探入机构不和波导脊背直接接触，耦合信号的强弱将随频率明显变化，因而用于过渡时的工作带宽受到较大限制。

发明内容

本发明目的是针对传统接触式脊波导微带过渡电路的问题，提供一种具有宽频带、低插损的非接触式脊波导微带过渡电路，以降低电路制造难度，提升长期可靠性。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种非接触式脊波导微带耦合缝探针过渡结构，包括：在矩形波导1中制作波导脊背4构成的单脊波导和垂直在矩形波导1上端平面中心线的开窗波导9，并在波导脊背4上端平面与所述矩形波导1上底平面形成波导脊背缝隙2，以及插入开窗波导9窗口通道中的微带探针6，其特征在于:波导脊背4延伸至开窗波导9底部窗口下方，向下截断并垂直转折后形成脊背开路端3断面,并被从开窗波导9窗口终端侧壁向下插入的微带基片5分隔为波导耦合缝和屏蔽腔10；连接了高阻抗微带线7和微带传输线8的微带探针6紧贴微带基片5，经过位于同一面的微带传输线8和一段高阻抗微带线7匹配后，从开窗波导9的矩形窗口垂直插入上述耦合缝，面向脊背开路端3垂直壁面形成电磁耦合缝过渡区，与脊背开路端3垂直表面平行的电场线和微带基片5背端的波导屏蔽腔10的电场线共同作用在微带探针6表面形成面电流，经过开窗波导9窗口通道内的一段高阻抗微带线7来抵消微带探针6与脊背开路端3侧壁间的分布电容后，将高阻的脊波导准TE₁₀模转换为标准微带线中的准TEM模式，从而完成整个过渡结构。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

本发明微带探针从开窗波导9的矩形窗口，沿垂直于脊波导宽边的方向，经过位于同一面的微带传输线和一段高阻抗微带线匹配后插入开窗波导9窗口通道内，整个过程不与脊波导直接接触，结构紧凑，加工与装配容差性好。微带探针6面向脊背开路端3,与之形成电磁耦合缝过渡区，通过波导屏蔽腔10以及与脊背开路端3表面平行的电场线共同作用在微带探针6表面形成面电流，经过开窗波导9窗口通道内的一段高阻抗微带线7来抵消微带探针6与单脊波导1间的分布电容后，将高阻的脊波导准TE₁₀模转换为标准微带线中的准TEM模式。相比现有的脊背接触式过渡，本发明可有效避免接触应力对电路性能带来的影响，提升可制造性。

本发明采用面向脊背开路端3形成电磁耦合缝过渡区，此处电场信号强，通过近距离放置的微带探针6实现紧耦合。并且，由于未通过波导短路面进行反射叠加，因此受波长影响较小。根据测试结果,相比现有的脊波导探入式过渡，本发明可在3个倍频程(6～18GHz)工作带宽内实现小于0.15dB的低损耗过渡。

本发明采用通过波导屏蔽腔10以及与脊背开路端3表面平行的电场线共同作用在微带探针6表面形成面电流，经过开窗波导9窗口通道内的一段高阻抗微带线7来抵消微带探针6与单脊波导1间的分布电容后，将高阻的脊波导准TE₁₀模转换为标准微带线中的准TEM模式，从而完成整个过渡电路。由于波导脊背4在脊背开路端3处被截断，单脊波导内的绝大部分电磁信号不再继续传输，因此波导屏蔽腔10主要起到防止电磁泄露的作用。正因为如此不受λ/4波长限制，本发明的电路可以在很宽的工作频带内实现高效率过渡。应用仿真软件对该过渡转换电路进行仿真，并参考仿真数值实际制作了背靠背实物电路。实测结果表明，在6～18GHz频率范围内，该过渡电路的单边插入损耗小于0.15dB，驻波比优于1.5:1，与仿真结果基本吻合。

附图说明

图1是本发明非接触式脊波导微带耦合缝探针过渡结构的A-A向剖视图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1的左视图。

图4是图1的B-B向剖视图。

图5是图1的C-C向剖视图。

图中：1矩形波导，2波导脊背缝隙，3脊背开路端，4波导脊背，5微带基片，6微带探针，7高阻抗微带线，8微带传输线，9开窗波导，10波导屏蔽腔。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参阅图1～图5。在以下描述的优选实施例中，一种非接触式脊波导微带耦合缝探针过渡结构，包括：在矩形波导1中制作波导脊背4构成的单脊波导，垂直在矩形波导1上端平面中心线的开窗波导9，波导脊背4上端平面与所述矩形波导1上底平面形成的波导脊背缝隙2,以及插入开窗波导9窗口通道中的微带探针6。其特征在于:波导脊背4延伸至开窗波导9底部窗口下方，向下截断并垂直转折后形成脊背开路端3断面,并被从开窗波导9窗口终端侧壁向下插入的微带基片5分隔为波导耦合缝和屏蔽腔10；连接了高阻抗微带线7和微带传输线8的微带探针6紧贴微带基片5，经过位于同一面的微带传输线8和一段高阻抗微带线7匹配后，从开窗波导9的矩形窗口垂直插入上述耦合缝，面向脊背开路端3垂直壁面形成电磁耦合缝过渡区，与脊背开路端3垂直表面平行的电场线和微带基片5背端的波导屏蔽腔10的电场线共同作用在微带探针6表面形成面电流，经过开窗波导9窗口通道内的一段高阻抗微带线7来抵消微带探针6与脊背开路端3侧壁间的分布电容后，将高阻的脊波导准TE₁₀模转换为标准微带线中的准TEM模式，从而完成整个过渡结构。

本领域内的技术人员可以明白，在不偏离本发明的精神和必要特性的情况下，可以以除了在此阐述的特定形式之外的其他特定形式来体现本发明。因此，上面的说明要在所有的方面被解释为说明性而非限制性的。应当通过所附的权利要求的合理解释确定本发明的范围，并且在本发明的等同范围内的所有改变旨在落入本发明的范围内。另外，不显式地从属于彼此的权利要求可以被组合以提供实施例，或者能够通过在提交本申请后的修改来增加新的权利要求。

Claims (3)

1.一种非接触式脊波导微带耦合缝探针过渡结构，包括：在矩形波导（1）中制作波导脊背（4）构成的单脊波导和垂直在矩形波导（1）上端平面中心线的开窗波导（9），并在波导脊背上端平面与所述矩形波导（1）上底平面形成的波导脊背缝隙（2），以及插入开窗波导（9）窗口通道中的微带探针（6），其中所述矩形波导（1）上底平面为矩形波导（1）上部内侧表面,其特征在于:波导脊背（4）延伸至开窗波导（9）底部窗口下方，沿垂直于波导脊背（4）延伸方向截断形成脊背开路端（3）断面，微带基片（5）将脊背开路端（3）断面至与所述断面对应的矩形波导（1）侧表面之间形成的腔体分隔为波导耦合缝和屏蔽腔（10）；微带探针（6）紧贴设置于微带基片（5），微带探针（6）经过位于同一面的微带传输线（8）和一段高阻抗微带线（7）匹配后，从开窗波导（9）的矩形窗口垂直插入上述耦合缝，面向脊背开路端（3）断面形成电磁耦合缝过渡区与微带探针（6）进行耦合，与脊背开路端（3）断面垂直表面平行的电场线和微带基片（5）背端的波导屏蔽腔（10）的电场线共同作用在微带探针（6）表面形成面电流，经过开窗波导（9）窗口通道内的一段高阻抗微带线（7）来抵消微带探针（6）与脊背开路端（3）断面间的分布电容后，将高阻的脊波导准TE₁₀模转换为标准微带线中的准TEM模式，从而完成整个过渡结构。

2.如权利要求1所述的非接触式脊波导微带耦合缝探针过渡结构，其特征在于：微带基片（5）靠近开窗波导（9）窗口通道终端的宽边侧壁设置。

3.如权利要求1所述的非接触式脊波导微带耦合缝探针过渡结构，其特征在于，通过沿矩形波导（1）下端平面中心线制作波导脊背（4）来构成单脊波导，单脊波导中传输的射频信号以电磁场形式存在于波导脊背缝隙（2）中。

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