CN112713374A - 一种与同轴接头适配的共面波导 - Google Patents

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龚鹏伟
刘爽
谢文
姜河
谌贝
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/003—Coplanar lines

Abstract

本发明的实施例公开了一种与同轴接头适配的共面波导，其特征在于，包括具有第一宽度的第一共面波导段；具有第二宽度的第二共面波导段；连接第一共面波导段和第二共面波导段的宽度渐变共面波导段，其中，所述宽度渐变共面波导段的宽度从第二宽度渐缩到第一宽度。本发明能够解决同轴接头的内导体焊接针与电光采样探头的电极结构不匹配，无法直接装配的问题。

Description

一种与同轴接头适配的共面波导
技术领域
本发明涉及电学测量领域。更具体地，涉及一种与同轴接头适配的共面波导和同轴匹配的电光采样装置。
背景技术
随着光电子技术的快速发展，光电子器件的加工工艺和技术不断改善，呈现出微型化和高速化的趋势。传统的电学测量方法，如取样示波器，因其带宽的限制，已经无法胜任高速脉冲波形的测量，目前，光电结合的方法能对超快、超高速、超宽带脉冲信号波形进行测量，基于电光取样技术，利用电光采样探头，比纯电子学方法的测量带宽大，损伤阈值高，可以测量更高幅度的脉冲信号，动态范围更大。
电光采样探头是高速脉冲波形测量中最核心、最关键的器件之一，它的主要功能是将被测高速脉冲信号通过同轴接头耦合到电光采样探头中，在电光采样探头中传输一段距离，然后基于电光采样探头衬底材料的线性电光效应，使用采样光脉冲，对电光采样探头中传输的被测高速脉冲信号进行采样，实现被测高速脉冲信号波形的测量，电光采样探头的性能直接影响高速脉冲信号的波形测量结果。
对高速脉冲信号进行测量时，电光采样探头需要具有大带宽和良好的带内平坦度，所以信号接头形式选择1.85mm同轴接头。为了保证高速脉冲波形测量时具有较高的灵敏度和信噪比，电光采样探头表面的传输线形式为共面波导，而且需要将共面波导信号电极和地电极之间的间距设计的非常小，小于50μm，同时为了满足50Ω宽带匹配，信号电极也设计的非常细，也小于50μm，因为相同电压的条件下，间距越小，电场越强，电光效应越强，测量灵敏度和信噪比越高。1.85mm同轴接头的内导体焊接针一般都在300μm左右，与电光采样探头的电极结构不匹配，无法直接装配。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个实施例提供一种与同轴接头适配的共面波导，包括
具有第一宽度的第一共面波导段；
具有第二宽度的第二共面波导段；
连接第一共面波导段和第二共面波导段的宽度渐变共面波导段，其中，所述宽度渐变共面波导段的宽度从第二宽度渐缩到第一宽度。
在一个具体实施例中，所述宽度渐变共面波导段频率与渐变反射的关系式为：
Figure BDA0002819827210000011
其中，
Figure BDA0002819827210000021
式中，Γin为反射系数，t为时间变量，υ为电磁波传播速度，ω为电磁波频率，L为宽度渐变共面波导段全长。
本发明另一个实施例提供一种同轴匹配的电光采样装置，包括：
同轴接头，用于接收信号；
共面波导，用于与所述同轴接头的适配、信号的传输和电光采样；
具有特定等效阻抗值的薄膜电阻，设置于共面波导与同轴接头连接一端相对的另外一端，用于实现宽带阻抗匹配。
在一个具体实施例中，所述薄膜电阻和所述渐变共面波导通过套刻的方法进行集成加工。
在一个具体实施例中，同轴接头的内导体焊接针与电光采样探头的共面波导结构装配连接，利用一段陶瓷带线在两者之间实现过渡，陶瓷带线一端与同轴接头通过包金带连接，另一端与共面波导通过键合金丝相连。
本发明的有益效果如下：
本发明实施例提供的一种与同轴接头适配的共面波导既能满足1.85mm同轴接头的装配要求，又要满足50Ω宽带匹配，保证同轴端口具有较小的反射系数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出根据本发明的一个实施例的一种与同轴接头适配的共面波导结构示意图。
图2示出根据本发明的一个实施例的渐变反射的关系式推导参数结构示意图。
图3示出根据本发明的一个实施例的共面波导具体结构示意图。
图4示出根据本发明的一个实施例的一种同轴匹配的电光采样装置结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
如图1，一种与同轴接头适配的共面波导，包括
具有第一宽度的第一共面波导段；
具有第二宽度的第二共面波导段；
连接第一共面波导段和第二共面波导段的宽度渐变共面波导段，其中，所述宽度渐变共面波导段的宽度从第二宽度渐缩到第一宽度。
根据连续式阻抗变换原理推导出频率与渐变反射的关系式；
如图2所示，设渐变线全长L，取其中点作为坐标原点，Z0(z)为特性阻抗，输入端阻抗和输出阻抗分别为ZR和ZL。在距原点为z的截面上，取渐变中长度为dz的一段，其特性阻抗为Z0(z)，其输入阻抗为Zin，输出阻抗为Zin+dZin。
S101、根据均匀传输线公式确定渐变反射系数微分方程(1)
Figure BDA0002819827210000031
式中，Γ(z)渐变反射系数，β相移常数，Z0(z)为特性阻抗，z为渐变线全长的一半；
S103、根据所述渐变反射系数微分方程确定渐变起始端的反射系数方程(2)
Figure BDA0002819827210000032
式中，Γ(-L/2)渐变起始端的反射系数，β相移常数，Z0(z)为特性阻抗，L为渐变线全长，z为渐变线全长的一半；
S105、根据所述渐变起始端的反射系数方程，忽略相移常数，经化简得频率与渐变反射的关系式(3)
Figure BDA0002819827210000033
其中，
Figure BDA0002819827210000034
式中，Γin为反射系数，t为时间变量，υ为电磁波传播速度，ω为电磁波频率，L为渐变线全长。
根据所述关系式，分析研究渐变共面波导的电压驻波比，渐变端水平长度越长则电压驻波比越好。
结合相关理论，确定渐变共面波导的结构。如图3所示，一个示例中的共面波导的结构，电光采样探头与同轴接头相接的一端宽为280μm,另一端宽为30μm，渐变段水平长为0.5mm。
需要说明的是，具体共面波导的结构的尺寸根据实际需要的具体指标确定。
如图4所示，一种同轴匹配的电光采样装置，包括：
同轴接头，用于接收信号；
上述共面波导，用于与所述同轴接头的适配、信号的传输和电光采样；
具有特定等效阻抗值(50Ω)的薄膜电阻，设置于共面波导与同轴接头连接一端相对的另外一端，用于实现宽带阻抗匹配。
所述薄膜电阻和所述渐变共面波导通过套刻的方法进行集成加工。
同轴接头的内导体焊接针与电光采样探头的共面波导结构装配连接，利用一段陶瓷带线在两者之间实现过渡，陶瓷带线一端与同轴接头通过包金带连接，另一端与共面波导通过键合金丝相连。
本发明能够解决同轴接头的内导体焊接针与电光采样探头的电极结构不匹配，无法直接装配的问题。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种与同轴接头适配的共面波导，其特征在于，包括
具有第一宽度的第一共面波导段；
具有第二宽度的第二共面波导段；
连接第一共面波导段和第二共面波导段的宽度渐变共面波导段，其中，所述宽度渐变共面波导段的宽度从第二宽度渐缩到第一宽度。
2.根据权利要求1所述的共面波导，其特征在于，所述宽度渐变共面波导段频率与渐变反射的关系式为：
Figure FDA0002819827200000011
其中，
Figure FDA0002819827200000012
式中，Γin为反射系数，t为时间变量，υ为电磁波传播速度，ω为电磁波频率，L为宽度渐变共面波导段全长。
3.一种同轴匹配的电光采样装置，其特征在于，包括：
同轴接头，用于接收信号；
根据权利要求1所述的共面波导，用于与所述同轴接头的适配、信号的传输和电光采样；
具有特定等效阻抗值的薄膜电阻，设置于共面波导与同轴接头连接一端相对的另外一端，用于实现宽带阻抗匹配。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述薄膜电阻和所述渐变共面波导通过套刻的方法进行集成加工。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，同轴接头的内导体焊接针与电光采样探头的共面波导结构装配连接，利用一段陶瓷带线在两者之间实现过渡，陶瓷带线一端与同轴接头通过包金带连接，另一端与共面波导通过键合金丝相连。
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