CN110911795A - 双面平行带线-同轴线转换结构及降低回波损耗的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及双面平行带线‑同轴线转换结构及降低回波损耗的方法，该结构包括微波介质板及印刷在微波介质板的两侧表面的等宽度的金属带线，同轴线的外导体与该侧的金属带线平行贴紧焊接；金属带线通过“凹”字形缝隙分割出准共面波导过渡段，准共面波导过渡段位于“凹”字形缝隙内的金属带线称为准共面波导过渡段的中心带线，同轴线的内导体非接触金属带线与准共面波导过渡段的中心带线连接。金属化过孔连接微波介质板一侧的准共面波导过渡段的中心带线和另一侧的金属带线。该方法为：槽线宽度w1、中心带线宽度w2和中心带线长度l初始值选定之后，得到一组符合要求的优选值。本发明带宽得到拓展、降低回波损耗、减小金属地的尺寸。

Description

双面平行带线-同轴线转换结构及降低回波损耗的方法
技术领域
本发明涉及一种双面平行带线-同轴线转换结构及降低回波损耗的方法，属于微波技术领域。
背景技术
双面平行带线(Double-sided Parallel Strip Line，DSPSL)是一种经典的平衡微波传输线，在微波电路、天线等技术领域得到了广泛的应用。在实际应用中经常会遇到不同类型传输线之间的变换，例如非平衡传输线-平衡传输线转换(如双线-微带线转换)。在已发表的文献资料中，对DSPSL-微带线、DSPSL-共面波导转换结构已做了充分的研究，技术得到了广泛的应用。在现有的应用技术中，DSPSL-同轴线转换往往采用微带线作为过渡结构，即DSPSL-微带线-同轴线转接结构，可以满足大部分应用场景问题，但是由于微带线为非平衡传输线，需要尺寸较宽的金属层作为地，难以满足尺寸受限的应用场景。
发明内容
为了解决上述技术问题，针对DSPSL到同轴线之间的过渡转换问题，本发明公开一种双面平行带线-同轴线转换结构及降低回波损耗的方法，是一种尺寸小、较宽频带且便于加工制造的转换结构，特别适用于尺寸受限的微波电路、天线等应用领域，其具体技术方案如下：
双面平行带线-同轴线转换结构，包括微波介质板，所述微波介质板的两侧表面均印刷有等宽度的金属带线，还包括
同轴线：所述微波介质板一侧的金属带线的中心线上同轴设置有同轴线，所述同轴线的外导体与该侧的金属带线平行贴紧焊接；
“凹”字形缝隙：同轴线引出内导体的一端的金属带线开有“凹”字形缝隙；
准共面波导过渡段的中心带线：金属带线通过“凹”字形缝隙分割开的一段称为准共面波导过渡段，准共面波导过渡段位于“凹”字形缝隙内的金属带线称为准共面波导过渡段的中心带线，准共面波导过渡段的中心带线位于同轴线的内导体引出的一端，且所述同轴线的内导体非接触金属带线与准共面波导过渡段的中心带线连接；
金属化过孔：所述准共面波导过渡段设有穿过微波介质板，且与微波介质板另一侧的金属带线连接的金属化过孔。
进一步的，所述金属带线从微波介质板长度方向的一端延伸到另一端，且微波介质板两侧表面的金属带线沿着微波介质板所在平面对称。
进一步的，所述“凹”字形缝隙包括边缘缝隙、平行缝隙和中部缝隙，从金属带线两侧对称朝向中部开设一段短的边缘缝隙，该边缘缝隙的末端连通平行缝隙，所述平行缝隙与金属带线平行，且朝向同轴线延伸，所述中部缝隙连通两道平行缝隙，中部缝隙与同轴线垂直。
进一步的，所述金属化过孔垂直穿过微波介质板，连接微波介质板一侧的准共面波导过渡段的中心带线和另一侧的金属带线，所述金属化过孔位于准共面波导过渡段靠近微波介质板边缘位置。
基于双面平行带线-同轴线转换结构的降低回波损耗的方法，具体包括以下步骤：
步骤一：下定义：“凹”字形缝隙的缝隙宽度称为槽线宽度w1，准共面波导过渡段的中心带线的宽度称为中心带线宽度w2，准共面波导过渡段的中心带线的长度称为中心带线长度l；
步骤二：选定初始值：首先确定中心带线长度l的初始长度，中心带线长度l的初值选取在工作频段中心频率对应的四分之一波长；然后确定中心带线w2的初始值，中心带线宽度w2初始值根据同轴线的特性阻抗值确定，最后确定槽线宽度w1的初始值，槽线宽度w1的初始值则根据已选定的中心带线宽度w2和微波介质板的材料确定，宽度选取使得准共面波导的特性阻抗和DSPSL特性阻抗一致；
步骤三：计算优选值：槽线宽度w1、中心带线宽度w2和中心带线长度l初值选定之后，采用商品全波计算软件进行优化，得到一组符合要求的优选值。
进一步的，所述中心带线宽度w2初始值具体确定方法为：确定同轴线的特性阻抗为X欧姆，则中心带线宽度w2初值选定为该介质板的厚度、介电常数对应的特性阻抗为X欧姆的微带线宽度。
本发明的有益效果是：
1、本发明中微波介质板及其两侧表面均印刷有等宽度的金属带线，形成双面平行带线DSPSL，同轴线和DSPSL之间过渡段通过“凹”字形缝隙，形成新型的准共面波导结构(准共面波导过渡段)，避免了较大尺寸金属地的需求，适合紧凑尺寸的应用场景，尤其适用于被馈电的微波元件或天线在同轴线同一侧的情况。
2、本发明中采用了准共面波导过渡结构(准共面波导过渡段)，和不采用过渡结构DSPSL-同轴线转换结构相比，带宽得到拓展。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，
图2是图1的A向视图，
图3是图2的B向视图，
图4是本发明结构与无过滤结构的回波损耗图，
图中：1—微波介质板，2—金属带线，3—同轴线，31—同轴线的外导体，32—同轴线的内导体，4—准共面波导过渡段，5—金属化过孔，6—“凹”字形缝隙，61—边缘缝隙，62—平行缝隙，63—中部缝隙，7—准共面波导过渡段的中心带线。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，本发明的双面平行带线-同轴线转换结构，包括微波介质板1及印刷在微波介质板1的两侧表面的等宽度的金属带线2(参见图3，可见微波介质板1两侧的金属带线2等宽)，参见图1和图2可见，金属带线2从微波介质板1长度方向的一端延伸到另一端，上述结构形成了双面平行带线DSPSL结构。
为了实现本发明目的，还需设置准共面波导过渡段4、同轴线3和金属化过孔5，同轴线3同轴设置在微波介质板1一侧的金属带线2的中心线上，同轴线的外导体31与该侧的金属带线2平行贴紧焊接；同轴线3引出内导体的一端的金属带线2开有“凹”字形缝隙6，金属带线2通过“凹”字形缝隙6分割开的一段称为准共面波导过渡段4，准共面波导过渡段4位于同轴线的内导体32的前方，准共面波导过渡段4位于“凹”字形缝隙6内的金属带线称为准共面波导过渡段的中心带线7，准共面波导过渡段的中心带线7位于同轴线的内导体32引出的一端，且所述同轴线的内导体32非接触金属带线2与准共面波导过渡段的中心带线7连接。
金属化过孔5垂直穿过微波介质板1，连接微波介质板1一侧的准共面波导过渡段的中心带线 7和另一侧的金属带线2，金属化过孔5位于准共面波导过渡段4靠近微波介质板1边缘位置。
下面具体介绍“凹”字形缝隙6的结构，“凹”字形缝隙6包括边缘缝隙61、平行缝隙62和中部缝隙63，从金属带线2两侧对称朝向中部开设一段短的边缘缝隙61，该边缘缝隙61的末端连通平行缝隙62，所述平行缝隙62与金属带线2平行，且朝向同轴线3延伸，所述中部缝隙63连通两道平行缝隙62，中部缝隙63与同轴线3垂直。
“凹”字形缝隙6的缝隙宽度称为槽线宽度w1，准共面波导过渡段的中心带线6的宽度称为中心带线宽度w2，准共面波导过渡段的中心带线6的长度称为中心带线长度l；通过调整“凹”字形缝隙的宽度w1、中心带线宽度w2以及中心带线的长度l来改变过渡段的特性阻抗。在DSPSL和同轴线3之间引入阻抗可调的过渡段，从而改善整个转换结构的阻抗匹配特性。
基于双面平行带线-同轴线转换结构的降低回波损耗的方法，具体包括以下步骤：
步骤一：下定义：“凹”字形缝隙的缝隙宽度称为槽线宽度w1，准共面波导过渡段的中心带线的宽度称为中心带线宽度w2，准共面波导过渡段的中心带线的长度称为中心带线长度l。
步骤二：选定初始值：首先确定l的初始长度，l的初值选取在工作频段中心频率对应的四分之一波长；然后确定中心带线w2的初始值，w2初始值根据同轴线的特性阻抗值确定，例如一般同轴线的特性阻抗为50欧姆，则w2初值选定为该介质板的材料(厚度、介电常数)对应的特性阻抗为50欧姆的微带线宽度，该宽度可以根据手册或软件工具综合计算得到；最后确定槽线宽度w1的初始值，w1的初始值则根据已选定的w2和微波介质板的材料确定，宽度选取使得准共面波导的特性阻抗和DSPSL特性阻抗一致，该宽度可以根据手册或软件工具综合计算得到。
步骤三：计算优选值：槽线宽度w1、中心带线宽度w2和中心带线长度l初值选定之后，采用商品全波计算软件进行优化，得到一组符合要求的优选值。
实施例：为验证本发明结构的有效性，设计了一个工作在800MHz移动通信频段的实施例。实施例中选用介电常数为6的微波介质板材，双面平行带线DSPSL带线宽度4.3mm，w1＝0.7mm， w2＝2.5mm，l＝5mm，从图4的计算结果上可以看出，采用本发明的转换结构将-15dB的绝对带宽拓展了1.41GHz(相对带宽约176％)，-10dB的绝对带宽拓展了1.8GHz(相对带宽约225％)。本发明已经用于公司多款产品中，实测结果表明其转换效率优异。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.双面平行带线-同轴线转换结构，包括微波介质板(1)，所述微波介质板(1)的两侧表面均印刷有等宽度的金属带线(2)，其特征在于：还包括
同轴线(3)：所述微波介质板(1)一侧的金属带线(2)的中心线上同轴设置有同轴线(3)，所述同轴线的外导体(31)与该侧的金属带线(2)平行贴紧焊接；
“凹”字形缝隙(6)：同轴线(3)引出内导体的一端的金属带线(2)开有“凹”字形缝隙(6)；
准共面波导过渡段的中心带线(7)：金属带线(2)通过“凹”字形缝隙(6)分割开的一段称为准共面波导过渡段(4)，准共面波导过渡段(4)位于“凹”字形缝隙(6)内的金属带线称为准共面波导过渡段的中心带线(7)，准共面波导过渡段的中心带线(7)位于同轴线的内导体(32)引出的一端，且所述同轴线的内导体(32)非接触金属带线(2)与准共面波导过渡段的中心带线(7)连接；
金属化过孔(5)：所述准共面波导过渡段(4)设有穿过微波介质板(1)，且与微波介质板(1)另一侧的金属带线(2)连接的金属化过孔(5)。
2.根据权利要求1所述的双面平行带线-同轴线转换结构，其特征在于：所述金属带线(2)从微波介质板(1)长度方向的一端延伸到另一端，且微波介质板(1)两侧表面的金属带线(2)沿着微波介质板(1)所在平面对称。
3.根据权利要求1所述的双面平行带线-同轴线转换结构，其特征在于：所述“凹”字形缝隙(6)包括边缘缝隙(61)、平行缝隙(62)和中部缝隙(63)，从金属带线(2)两侧对称朝向中部开设一段短的边缘缝隙(61)，该边缘缝隙(61)的末端连通平行缝隙(62)，所述平行缝隙(62)与金属带线(2)平行，且朝向同轴线(3)延伸，所述中部缝隙(63)连通两道平行缝隙(62)，中部缝隙(63)与同轴线(3)垂直。
4.根据权利要求1所述的双面平行带线-同轴线转换结构，其特征在于：所述金属化过孔(5)垂直穿过微波介质板(1)，连接微波介质板(1)一侧的准共面波导过渡段的中心带线(7)和另一侧的金属带线(2)，所述金属化过孔(5)位于准共面波导过渡段(4)靠近微波介质板(1)边缘位置。
5.基于双面平行带线-同轴线转换结构的降低回波损耗的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤一：下定义：“凹”字形缝隙(6)的缝隙宽度称为槽线宽度w1，准共面波导过渡段的中心带线(7)的宽度称为中心带线宽度w2，准共面波导过渡段的中心带线(7)的长度称为中心带线长度l；
步骤二：选定初始值：首先确定中心带线长度l的初始长度，中心带线长度l的初值选取在工作频段中心频率对应的四分之一波长；然后确定中心带线w2的初始值，中心带线宽度w2初始值根据同轴线的特性阻抗值确定，最后确定槽线宽度w1的初始值，槽线宽度w1的初始值则根据已选定的中心带线宽度w2和微波介质板的材料确定，宽度选取使得准共面波导的特性阻抗和DSPSL特性阻抗一致；
步骤三：计算优选值：槽线宽度w1、中心带线宽度w2和中心带线长度l初值选定之后，采用商品全波计算软件进行优化，得到一组符合要求的优选值。
6.根据权利要求1所述的基于双面平行带线-同轴线转换结构的降低回波损耗的方法，其特征在于：所述中心带线宽度w2初始值具体确定方法为：确定同轴线的特性阻抗为X欧姆，则中心带线宽度w2初值选定为该介质板的厚度、介电常数对应的特性阻抗为X欧姆的微带线宽度。
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