CN110212277B - 一种带接地回路的波导到微带e面探针过渡结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带接地回路的波导到微带E面探针过渡结构，该结构在传统E面探针的基础上将E面探针通过一根沿波导中心线的细金属线连接至波导短路面，从而在实现波导到微带过渡的同时，实现了微带接地的功能，解决了毫米波及太赫兹频段狭窄通道中微带电路接地困难的问题，并且所引入的接地细金属线近乎不影响原先的E面探针的传输性能，使得新的接地E面探针无需重新设计；本发明具有结构简单、加工方便等优点，极大地简化了波导到微带过渡与直流接地的设计，在毫米波及太赫兹频段混频器、倍频器、检波器等功能电路的设计中具有很好的实用价值。
Description
技术领域
本发明属于毫米波及太赫兹频段波导到微带线的转换结构技术领域，具体涉及一种带接地回路的波导到微带E面探针过渡结构。
背景技术
在毫米波及太赫兹频段，测试设备及组件模块基本都采用标准波导作为接口和互连传输线以减小损耗；同时，为了方便与有源器件互连，微带线或悬置微带线等平面传输线也被大量采用。由于波导和微带线支持不同的电磁波模式，同时具有不同的特性阻抗，因此有必要实现电磁波从波导(TE10模)到微带(准TEM模)的转换。在所有波导到微带的转换结构中，E面探针因为具有结构简单、频带较宽、加工方便等特点而被广泛应用。
在许多毫米波及太赫兹电路的设计中，不仅需要完成电磁波从波导模式到微带模式的转化，而且还需要提供直流接地回路，比如需要加载偏压的肖特基二极管的倍频电路、检波电路以及混频器的中频回路。传统的接地方式有以下几种：第一种方式是在完成波导到微带转换后，在主微带上连接一根四分之一波长的接地高阻线。由于在毫米波及太赫兹频段，电路一般设计在狭窄的通道内，因此这样的方式不方便实现而且在太赫兹频段很难控制接地线的长度。第二种方式是用一根高阻线延伸E面探针到波导壁的另外一侧，该侧腔体形成一个微带通道，然后将该高阻线接地。这种方式因为结构简单而大量应用，但是接地线的引入会影响过渡的性能，因此E面探针需要重新设计优化。第三种方式是直接设计带接地回路的转换结构，比如波导到微带鳍线过渡。这样的转换结构虽然本身自带接地回路，但是结构比较复杂，设计比较困难。
总的来说，传统的接地方式不仅会影响原先过渡的性能，而且结构比较复杂，增加了电路的设计难度。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种带接地回路的波导到微带E面探针过渡结构，旨在解决既有方法中存在的以上技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种带接地回路的波导到微带E面探针过渡结构，包括依次连接的输入波导、输入减高波导、波导短路面；所述输入减高波导内设置有基片、及设置在所述基片上的主微带、匹配微带、E面探针，所述主微带通过匹配微带与所述E面探针连接；所述E面探针通过金属线接地。
进一步地，所述E面探针的长度大于输入减高波导高度的一半。
进一步地，所述波导短路面中心位置设置有波导短路面凹槽，所述波导短路面凹槽内固定有接地Pad，所述输入减高波导内沿波导中心线设置有连接所述E面探针与接地Pad的接地线。
进一步地，所述接地Pad上设置有金属化过孔，所述金属化过孔连接基片下表面金属。
进一步地，所述波导短路面中心位置设置有波导短路面凹槽，所述E面探针设置有探针枝节，所述探针枝节沿波导中心线延伸至基片边缘，并通过金丝键合与所述波导短路面凹槽连接。
本发明的有益效果是：本发明在传统E面探针基础上将E面探针通过一根沿波导中心线的细金属线连接直波导短路面，从而在实现波导到微带过渡的同时，实现了微带接地的功能，解决了毫米波及太赫兹频段狭窄通道中微带电路接地困难的问题，具有结构简单、加工方便等优点，极大地简化了波导到微带过渡与直流接地的设计，在毫米波及太赫兹频段混频器、倍频器、检波器等功能电路的设计中具有很好的实用价值。
附图说明
图1是本发明的一个实施例中E面探针过渡结构侧视示意图；
图2是本发明的一个实施例中E面探针过渡结构俯视示意图；
图3是本发明的一个实施例中E面探针过渡结构仿真结果示意图；
图4是本发明的另一个实施例中E面探针过渡结构侧视示意图；
图5是本发明的另一个实施例中E面探针过渡结构俯视示意图；
图6是本发明的另一个实施例中E面探针过渡结构仿真结果示意图。
其中附图标记为：输入波导1，输入减高波导2，波导短路面3，基片4，主微带5，匹配微带6，E面探针7，波导短路面凹槽8，接地Pad9，接地线10，金属化过孔11，探针枝节12，金丝键合13。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例的主要解决方案是：
一种带接地回路的波导到微带E面探针过渡结构，包括依次连接的输入波导1、输入减高波导2、波导短路面3；所述输入减高波导2内设置有基片4、及设置在所述基片4上的主微带5、匹配微带6、E面探针7，所述E面探针7的长度大于输入减高波导2高度的一半，所述主微带5通过匹配微带6与所述E面探针7连接；所述E面探针7通过金属线接地。该金属线采用细金属线，可以通过PCB工艺与探针电路直接制作在基片4上，也可以通过键合金丝实现。
本发明提供的一种带接地回路的波导到微带E面探针过渡结构，在实现模式转换的同时，实现了直流接地的功能，并且不影响原先E面探针的传输性能。
本发明根据电路基片在实际加工中的工艺难度，提供了两种可选方案：一种是当基片4可以异形加工且可以打孔时，选择直接在基片上加工接地线10；一种是当基片4不方便异形加工、不方便打孔时，选择金丝键合13接地。
实施例1
本实施例中选择软基片Rogers 5880作为微带衬底，在场仿真软件HFSS中建立起如图1所示的接地E面探针。相对于传统的E面探针，接地E面探针增加了接地线10、接地Pad9、金属化过孔11以及波导短路面凹槽8。
上述接地Pad9嵌入到波导短路面凹槽8内，并通过导电胶粘贴背面金属实现直流接地，同时在结构上可以起到固定基片4的作用。接地Pad9上设置有金属化过孔11，金属化过孔11连接基片4下表面金属，实现良好接地。
接地E面探针的俯视图见图2，接地线10沿着波导中心线，连接E面探针7和接地Pad9，从而实现E面探针7接地。
本发明的带接地回路的波导到微带E面探针过渡结构的工作原理为：
矩形波导传输的主模式TE10模式，该模式的电场都平行于E面，磁场都平行于H面。当沿着H面插入一块薄的金属片时，TE10模式的场分布几乎不会受影响。当金属片的宽度减小到与厚度相当的时候，金属片退化为一条沿着波导中心的金属线。与插入金属片相比，金属线对TE10模式的影响更小。另一方面，E面探针上增加的接地金属线位于距离波导短路面四分之一波长范围内。在该范围内，TE10模式的场分布是沿着靠近波导短路面的方向逐渐凋落的。因此，接地金属线的存在，对场的影响会越来越小。此外，金属线与波导侧壁构成一条短路的类同轴传输线，该类同轴传输线支持准TEM模式，与波导的TE10模式是正交的。又由于该短路类同轴传输线的长度接近于四分之一波长，所以从E面探针向类同轴看去，类同轴呈现出近似开路状态。
如图3所示，为接地E面探针结构在有接地线和无接地线两种情况下的S参数仿真结果，从图中可知：两种情况下S参数几乎没有差别，即说明接地线的存在不影响E面探针的性能。
本发明在实现波导到微带过渡的同时，实现了微带接地的功能，解决了毫米波及太赫兹频段狭窄通道中微带电路接地困难的问题；并且所引入的接地细金属线近乎不影响原先的E面探针的传输性能，使得新的接地E面探针无需重新设计。
实施例2
本实施例中选择硬基片石英作为微带衬底，在场仿真软件HFSS中建立起如图4所示的接地E面探针。相对于传统的E面探针，接地E面探针增加了探针枝节12、键合金丝13以及波导短路面凹槽8。波导短路面凹槽8设置在波导短路面3中心位置，方便金丝键合到腔体上。
接地E面探针的俯视图见图5，探针枝节12沿着波导中心线延伸到基片4边缘。探针枝节12在金丝键合的时候不仅可以起到定位的作用，而且还可以缩短键合金丝13的长度，从而降低探针性能对金丝长度、拱高变化的敏感度。键合金丝13沿着波导中心线，连接E面探针枝节12和波导短路面凹槽8，从而实现E面探针接地。
如图6所示，为接地E面探针结构在有接地键合金丝和无接地键合金丝两种情况下的S参数仿真结果(无接地键合金丝时探针枝节也被去掉)，从图中可知：两种情况下S参数几乎也没有差别，即说明接地键合金丝的存在不影响E面探针的性能。
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实质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)
1.一种带接地回路的波导到微带E面探针过渡结构，其特征在于，包括依次连接的输入波导(1)、输入减高波导(2)、波导短路面(3)；所述输入减高波导(2)内设置有基片(4)、及设置在所述基片(4)上的主微带(5)、匹配微带(6)、E面探针(7)，所述主微带(5)通过匹配微带(6)与所述E面探针(7)连接；所述E面探针(7)通过金属线接地，所述金属线还用于波导到微带的过渡；
所述波导短路面(3)中心位置设置有波导短路面凹槽(8)，所述波导短路面凹槽(8)内固定有接地Pad(9)，所述输入减高波导(2)内沿波导中心线设置有连接所述E面探针(7)与接地Pad(9)的接地线(10)；
所述接地Pad(9)上设置有金属化过孔(11)，所述金属化过孔(11)连接基片(4)下表面金属。
2.如权利要求1所述的带接地回路的波导到微带E面探针过渡结构，其特征在于，所述E面探针(7)的长度大于输入减高波导(2)高度的一半。
3.如权利要求1或2所述的带接地回路的波导到微带E面探针过渡结构，其特征在于，所述E面探针(7)设置有探针枝节(12)，所述探针枝节(12)沿波导中心线延伸至基片(4)边缘，并通过金丝键合(13)与所述波导短路面凹槽(8)连接。
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