CN110739515B - 一种Ku波段同轴到矩形波导过渡的转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Ku波段末端发射器同轴到矩形波导过渡的转换器，采用了非标准波导端口实现了横向小型化，在同轴线和波导之间设计了第一转换模块和第二转换模块来实现低水平的回波损耗，第一转换模块将同轴线的TEM模式转换为方形同轴线的TEM模式，第二转换模块使方形同轴线中TEM模式有序的转换为TE10模式。本发明具有实现了横向小型化，并在宽频带中由同轴模式转换成波导主导模式的过程中实现低水平的回波损耗，产品生产成本低、易于加工和制造、可批量生产等优点。
Description
技术领域
本发明属于无缘微波转接器技术，具体涉及一种Ku波段同轴到矩形波导过渡的转换器。
背景技术
在微波系统，通常会出现多种不同类型的传输线，比如微带线，同轴线，波导等，这就造成在不同的传输线之间传输需要连接转换元件。其中同轴到波导的过渡已广泛应用于雷达系统，卫星通信干扰与抗干扰以及测试设备中。随着工作频率范围越来越宽，转接头的带宽也就相应的需要更高的要求。相对于矩形波导而言，脊波导具有更高的频率适用范围，更适用于各种宽带系统。
目前，广泛采用的波导同轴转换器为直插式。如专利文献1（CN208336465U）公开了一种全宽带矩形波导同轴转换装置，矩形波导体前端具有开口，后面为截止壁，同轴连接器的金属内轴从矩形波导体底部外侧连接至矩形波导体内的金属探针。但这种方式能量只能朝一个方向传播，为了更好的进行阻抗匹配，探针头部就需要有尺寸渐变，但当探针的形状不规则时，其表面电流分布不易求解。另外，因为同轴接头和波导成90度，级联时不方便，当传输功率较大时，探针顶部还容易发生击穿。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Ku波段同轴到矩形波导过渡的转换器，实现了横向小型化，低水平的回波损耗，生产成本低、易于加工和制造。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种Ku波段末端发射器同轴到矩形波导过渡的转换器，其特征在于：采用了非标准波导端口实现了横向小型化，在同轴线和波导之间设计了第一转换模块和第二转换模块来实现低水平的回波损耗，第一转换模块将同轴线的TEM模式转换为方形同轴线的TEM模式，第二转换模块使方形同轴线中TEM模式有序的转换为TE10模式。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
（1）本发明采用在同轴线和波导之间设计了第一转换模块和第二转换模块来获得更好的带宽性能。
（2）本发明采用的SMA连接器的内导体穿过前盖上的通孔后位于方形同轴线的端面。前盖上的通孔具有直径，以便在该填充空气的在同轴部分获得接近50欧姆的阻抗；转变中采用了切比雪夫型阻抗变换。
（3）本发明采用在方形同轴线和切比雪夫阻抗变换之间加了过渡匹配块，达到了减小驻波和回波损耗的效果，实现了-25db的回波损耗和0.4db的插入损耗。
（4）阻抗变换端接在一个尺寸为15mm*4.5mm的非标准波导端口中，最终实现了横向小型化，同时也满足大规模加工的要求，易于加工和制造。
附图说明
图1是本发明一种Ku波段同轴到矩形波导过渡转换器的整体结构示意图。
图2是本发明一种Ku波段同轴到矩形波导过渡转换器的仿真实验示意图。
图3是本发明一种Ku波段同轴到矩形波导过渡转换器的四阶脊状阻抗变换的尺寸图（主视图）。
图4是本发明一种Ku波段同轴到矩形波导过渡转换器的主要性能曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述：
图1示出了本发明一种Ku波段同轴到矩形波导过渡转换器的整体结构示意图，本发明所述的矩形波导过渡的转换器采用了非标准波导端口实现了横向小型化，在同轴线和波导之间设计了第一转换模块和第二转换模块来实现低水平的回波损耗，第一转换模块将同轴线的TEM模式转换为方形同轴线4的TEM模式，第二转换模块使方形同轴线4中TEM模式有序的转换为TE10模式。
所述Ku波段末端发射器同轴到矩形波导过渡的转换器，包括第一转换模块、第二转换模块、四阶脊状阻抗变换6、空气腔7、三个调谐螺钉9和法兰12。第一转换模块包括同轴连接器2和方形同轴线4，第二转换模块采用过渡匹配块5；空气腔7为盒体；方形同轴线4、过渡匹配块5和四阶脊状阻抗变换6依次连接并设置于空气腔7内，且沿着空气腔7的中心轴线设置，空气腔7的后端面设有开口作为输出端8，空气腔7的前端面10上设有通孔，同轴连接器2的同轴探针3一端穿过前端面10的通孔与方形同轴线4接触，同轴连接器2的另一端作为输入端1，空气腔7顶面11沿中心轴线间隔开有三个圆孔，三个调谐螺钉9分别插入圆孔。法兰12固定在空气腔7后端面两侧，用于背靠背连接同型号的另一个Ku波段末端发射器同轴到矩形波导过渡的转换器。
四阶脊状阻抗变换6采用切比雪夫型四阶脊状阻抗变换，其高度自过渡匹配块5向输出端8依次降低，且四阶脊状阻抗变换6高度最高的顶面低于过渡匹配块5的顶面。
三个调谐螺钉9位于四阶脊状阻抗变换6的正上方，前两个调谐螺钉分别位于第二阶和第三阶阻抗匹配过渡处以及第三阶和第四阶阻抗匹配过渡处的正上方，第三个调谐螺钉位于第四阶阻抗匹配最后边沿的正上方，且三个调谐螺钉均与四阶脊状阻抗变换6不接触，调谐螺钉用于调节四阶阻抗变换的匹配和改善驻波。
过渡匹配块5的顶面与方形同轴线4齐平。
通孔的孔径大于同轴探针3的直径，便于填充空气的同轴部分获得接近50欧姆的阻抗。
输出端8的尺寸为15mm*4.5mm 。
实施例1
图2示出了本发明一种Ku波段同轴到矩形波导过渡转换器的仿真实验示意图，仿真实验时，利用空气腔7进行试验。
空气腔7为透明盒体，便于观察空气腔内部的结构，方形同轴线4、过渡匹配块5和四阶脊状阻抗变换6依次连接并设置于空气腔7内，且沿着空气腔7的中心轴线设置，空气腔7的后端面作为输出端8，同轴连接器2的同轴探针3一端穿过前端面10，进入空气腔7内且与方形同轴线4接触，同轴连接器2的另一端作为输入端1，空气腔7顶面沿中心轴线间隔开有三个圆孔，三个调谐螺钉9分别插入圆孔。
图3示出了本发明一种Ku波段同轴到矩形波导过渡转换器的四阶脊状阻抗变换的尺寸图主视图，四阶脊状阻抗变换6的高度分别为H1、H2、H3、H4,长度分别为L1、L2、L3、L4，他们的宽度均为1.4mm。
H1=3.8mm，H2=3.25mm， H3=2.1mm ，H4=0.8mm ，L1=6.05mm， L2=6mm ，L3=6.05mm，L4=6.95mm。
结合图1所示，本发明采用的SMP连接器2，同轴线的探针3、方形同轴线4和过渡匹配块5均采用铝加工，四阶脊状阻抗变换6接在一个尺寸为A*B的非标准波导端口中，两个Ku波段末端发射器同轴到矩形波导过渡的转换器采用背靠背配置，两个输出端8相连，两个输入端1一个接矢量网络分析仪的port1端口，另外一个接矢量网络分析仪的port2端口进行性能测试。
A=15mm，B=4.5mm
图4进一步示出本发明Ku波段同轴到矩形波导过渡转换器的仿真结果为-30db的回波损耗，实际测量结果是-25db的回波损耗，实现了低水平的回波损耗。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知技术。
Claims (6)
1.一种Ku波段末端发射器同轴到矩形波导过渡的转换器，其特征在于：包括
空气腔（7），为盒体；
法兰（12），固定在空气腔（7）后端面两侧，用于背靠背连接同型号的另一个Ku波段末端发射器同轴到矩形波导过渡的转换器；
三个调谐螺钉（9），依次固定在空气腔（7）顶面；
第一转换模块，包括同轴连接器（2）和方形同轴线（4）；
第二转换模块，采用过渡匹配块（5）；
四阶脊状阻抗变换器（6），采用切比雪夫型四阶脊状阻抗变换；
方形同轴线（4）、过渡匹配块（5）和四阶脊状阻抗变换器（6）依次连接并设置于空气腔（7）内，且沿着空气腔（7）的中心轴线设置，空气腔（7）的后端面设有开口作为输出端（8），空气腔（7）的前端面（10）上设有通孔，同轴连接器（2）的同轴探针（3）一端穿过前端面（10）的通孔与方形同轴线（4）接触，同轴连接器（2）的另一端作为输入端（1），四阶脊状阻抗变换器（6）接在一个非标准波导端口中；
所述的Ku波段末端发射器同轴到矩形波导过渡的转换器，采用了非标准波导端口实现了横向小型化，在同轴线和波导之间设计了第一转换模块和第二转换模块来实现低水平的回波损耗，第一转换模块将同轴线的TEM模式转换为方形同轴线的TEM模式，第二转换模块使方形同轴线中TEM模式有序的转换为TE10模式。
2.根据权利要求1所述的Ku波段末端发射器同轴到矩形波导过渡的转换器，其特征在于：四阶脊状阻抗变换器（6）的高度自过渡匹配块（5）向输出端（8）依次降低，且四阶脊状阻抗变换器（6）高度最高的顶面低于过渡匹配块（5）的顶面。
3.根据权利要求1所述的Ku波段末端发射器同轴到矩形波导过渡的转换器，其特征在于：过渡匹配块（5）的顶面与方形同轴线（4）齐平。
4.根据权利要求1所述的Ku波段末端发射器同轴到矩形波导过渡的转换器，其特征在于：三个调谐螺钉（9）位于四阶脊状阻抗变换器（6）的正上方，前两个调谐螺钉分别位于第二阶和第三阶阻抗匹配过渡处以及第三阶和第四阶阻抗匹配过渡处的正上方，第三个调谐螺钉位于第四阶阻抗匹配最后边沿的正上方，且三个调谐螺钉均与四阶脊状阻抗变换器（6）不接触。
5.根据权利要求1所述的Ku波段末端发射器同轴到矩形波导过渡的转换器，其特征在于：空气腔（7）的前端面（10）上通孔的孔径大于同轴探针（3）的直径，便于填充空气的同轴部分获得接近50欧姆的阻抗。
6.根据权利要求1所述的Ku波段末端发射器同轴到矩形波导过渡的转换器，其特征在于：输出端（8）的尺寸为15mm*4.5mm 。
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