CN112864560B - 一种基片集成波导到矩形波导的过渡转换结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基片集成波导到矩形波导的过渡转换结构，属于微波毫米波电路工程技术领域，包括微波毫米波介质板、设计的金属过孔以及刻蚀的电路图形、矩形波导转换部分，可以用于采用SIW的微波毫米波系统电路中也可用于平面差分线到单端矩形波导的转换中；所述微波毫米波介质板的类型取决于相应的工作频段，形成导波的载体；所述金属过孔及电路图形由相应工艺实现，起到导波以及辐射耦合作用；所述单端矩形波导为标准矩形波导。本发明通过将矩形波导转换成到工作于TE20模的SIW，带宽较宽，相对带宽可以达到40％，转换路径较短，转换损耗低，具有优良的性能，方便地解决了工作于TE20模的SIW的实际测试转接问题，值得被推广使用。

Description

一种基片集成波导到矩形波导的过渡转换结构

技术领域

本发明涉及微波毫米波电路工程技术领域，具体涉及一种基片集成波导到矩形波导的过渡转换结构。

背景技术

由于具有高Q、低插损以及高功率容量等优点，传统金属波导已经在微波毫米波电路系统里面被广泛采用，可是金属波导体积大，价格高，不方便与平面电路集成。而微带线虽然加工集成方便，但是其在高频时具有很大的插入损耗微波，为了结合金属波导和微带线共同的优点，前些年一些学者提出一种基片集成波导技术，这种技术采用在介质上打金属过孔，从而形成介质填充波导的形式。基片集成波导很适合和平面集成，并且可以使用多种加工工艺(pcb工艺、微电路工艺、半导体工艺)大规模制造。

在微波毫米波电路系统中，平面微波电路与到常见的三维立体电路的过渡转换结构是非常常见的系统组成部分，比如平面电路的测试，模块间的转接等。关于SIW(基片集成波导)结构的转换结构已经很多，比如微带线到SIW转换，矩形波导到SIW的转换，层间缝隙耦合结构，层间矩形窗耦合结构等等，现代微波毫米波电路经常采用差分走线，以增强对外界噪声的干扰，基于差分线到矩形波导的转换已经有很多种，比如直接的鳍线转换，线性转换已经有了非常广泛的应用，也可以在平面电路内部将TE20模的SIW转为TE10模的SIW,再转接到矩形波导。在频率较高时SIW的TE20模对应的尺寸并不是太大，其与差分线具有很好的过渡转换效果，并且基本不破坏差分线的抗干扰的优点，所以常常在高频差分电路中应用SIW的TE20模式。直接采用鳍线或其他渐变转换，虽然也是一种较为可取的方式，但其转换路径一般较长。在平面电路内将SIW的TE20模转换为TE10模，信号传输的方向会出现90°的转弯且也会要再将平面电路再转换成矩形波导。对一些滤波型的转换结构则工作带宽被限制的很严重。现代微波电路系统已经更趋向于小型化，集成化，SIW传输线由于其很好的抗干扰性能，对结构尺寸的鲁棒性也有非常多的应用，这其中必然会涉及到更多的转换结构，毫米波甚至以上频段的电路结构不便于直接测量，除非要使用价格昂贵的测量探针设备，所以将平面电路转换成便于测量的波导结构是十分必要的，而且可以实现平面巴伦的效果。

由上可以看出，SIW到矩形波导的转换具有很大的应用价值，更短的转换路径，更小的转换损耗，更鲁棒的转换性能是转换结构的目标。为此，提出一种基片集成波导到矩形波导的过渡转换结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决解决了工作于TE20模的SIW的实际测试转接问题，提供了一种基片集成波导到矩形波导的过渡转换结构。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括微波毫米波介质板、SIW导波结构、金属层渐变过渡部、矩形波导、矩形波导渐变过渡部，所述SIW导波结构包括上层金属图形、下层金属图形与连接上下层金属图形的多个金属过孔，所述上层金属图形、下层金属图形分别设置在所述微波毫米波介质板上下表面，所述SIW导波结构的端部通过所述金属层渐变过渡部与所述矩形波导渐变过渡部连接，所述矩形波导渐变过渡部与所述矩形波导一体成型。

更进一步地，所述过渡转换结构的工作频段小于100GHz。

更进一步地，所述金属层渐变过渡部为线性过渡、鳍线过渡中任一种。

更进一步地，所述金属层渐变过渡部包括两个错位设置在所述微波毫米波介质板的端部的金属片，两个所述金属片分别位于所述微波毫米波介质板的上下表面，所述SIW导波结构两端设置的所述金属层渐变过渡部沿不同传输路径对称。

更进一步地，所述矩形波导为标准矩形波导。

更进一步地，所述SIW导波结构满足导波结构TE20模的正常工作限制条件。

更进一步地，所述矩形波导与所述矩形波导渐变过渡部采用的是H面Y型功分形式。

更进一步地，所述矩形波导渐变转换部采用多节变换方式。

本发明相比现有技术具有以下优点：该基片集成波导到矩形波导的过渡转换结构，通过将矩形波导转换成到工作于TE20模的SIW，带宽较宽，相对带宽可以达到40％，转换路径较短，转换损耗低，具有优良的性能，方便地解决了工作于TE20模的SIW的实际测试转接问题，值得被推广使用。

附图说明

图1是本发明实施例中基片集成波导到矩形波导的过渡转换结构的结构示意图；

图2是本发明实施例中金属层渐变过渡部分的局部结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提供一种技术方案：一种基片集成波导到矩形波导的过渡转换结构，包括微波毫米波介质板、通过金属过孔及上下金属图形层形成的SIW导波结构、金属层渐变过渡部分、矩形波导、矩形波导渐变过渡部分；

所述微波毫米波介质板，可以采用对应于多种微波毫米波适用的制造加工工艺制得；

所述SIW导波结构，其金属过孔及金属图形层可用多种微波毫米波适用的制造加工工艺实现；

所述金属层渐变过渡部分，其具有上面表面电路图形(金属片)反对称，不同传输路径对称的特性；

所述矩形波导，为标准矩形波导。

所述过渡转换结构的工作频段由采用的微波毫米波介质板以及相应的制造加工工艺所确定，最高可到毫米波频段(<100GHz)。

所述微波毫米波介质板，一般可采用pcb工艺制造加工，特殊情况下也可采用微电路工艺以及半导体工艺等制造加工。

所述SIW导波结构必须满足导波结构TE20模的正常工作的限制条件。

所述金属层渐变过渡部分可以采用多种渐变形式过渡，比如线性过渡、鳍线过渡等。

所述矩形波导与矩形波导渐变过渡部分采用的是H面Y型功分的形式。

所述SIW导波结构中金属过孔的尺寸不固定，但要满足相应工艺加工要求。

所述矩形波导渐变转换部分采用多节变换的方式。

如图1所示，本实施例的基片集成波导到矩形波导的过渡转换结构，包括微波毫米波介质板3、由金属孔1及设置在微波毫米波介质板3上下表面的金属图形层2形成的SIW导波结构7、金属层渐变过渡部分4、矩形波导5、矩形波导渐变过渡部分6。

本实施例中的过渡转换结构的工作频段为Ka波段，具体频段大概在30GHz～40GHz。

本实施例中的微波毫米波介质板3为Rogers4350b，厚度为0.508mm。

本实施例中的金属过孔1使用标准PCB工艺实现，孔的尺寸分为两种分别为直径0.2mm与直径0.4mm，金属图形层2的厚度为1盎司，分别设置在微波毫米波介质板3的上下表面，通过两侧多个金属过孔1实现连接。

本实施例中SIW导波结构7的中部的金属孔使得在SIW导波结构7中传输的两路信号相互隔离，与波导功分器的侧壁形成一体化结构。

本实施例中金属层渐变过渡部分4包括四个金属片，分为两组，一组为两个，同组中的两个金属片分别位于两面的金属图形层2上(金属片是金属图形层2的一部分)，错位设置，两组之间关于传输路径对称，采用的渐变过渡为两节线性过渡的方式，位于上层的金属片的一端与矩形波导渐变过渡部分6连接，另一端与上层的金属图形层2连接，位于下层的金属片的一端同样与矩形波导渐变过渡部分6连接，另一端与下层的金属图形层2连接，矩形波导5为标准矩形波导WR28，采用两节渐变过渡的方式，整体背靠背转换结构的总长度小于25mm。

工作原理：E面波导功分器将电磁场分为同相的两路TE10信号，每一路信号经过线性渐变过度，转换到SIW导波结构7中与矩形波导5中极化方向垂直的的两路TE10信号，该两路信号相位相反正好在SIW导波结构7中合成为一路TE20信号，通过使用差分线到SIWTE20模的转换可以在电路中进行差分信号的应用。

综上所述，上述实施例的基片集成波导到矩形波导的过渡转换结构，通过将矩形波导转换成到工作于TE20模的SIW，带宽较宽，相对带宽可以达到40％，转换路径较短，转换损耗低，具有优良的性能，方便地解决了工作于TE20模的SIW的实际测试转接问题，值得被推广使用。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种基片集成波导到矩形波导的过渡转换结构，其特征在于，包括微波毫米波介质板、SIW导波结构、金属层渐变过渡部、矩形波导、矩形波导渐变过渡部，所述SIW导波结构包括上层金属图形、下层金属图形与连接上下层金属图形的多个金属过孔，所述上层金属图形、下层金属图形分别设置在所述微波毫米波介质板上下表面，所述SIW导波结构的端部通过所述金属层渐变过渡部与所述矩形波导渐变过渡部连接，所述矩形波导渐变过渡部与所述矩形波导一体成型；

所述金属层渐变过渡部包括四个金属片，分为两组，一组为两个，同组中的两个金属片分别位于上层金属图形、下层金属图形上，金属片为上层金属图形/下层金属图形的一部分，错位设置，两组之间关于传输路径对称，采用的渐变过渡为两节线性过渡的方式，位于上层的金属片的一端与矩形波导渐变过渡部连接，另一端与上层金属图形连接，位于下层的金属片的一端同样与矩形波导渐变过渡部连接，另一端与下层金属图形连接；

所述矩形波导渐变转换部采用宽度向矩形波导端部逐渐减小的多节变换方式。

2.根据权利要求1所述一种基片集成波导到矩形波导的过渡转换结构，其特征在于：所述过渡转换结构的工作频段小于100GHz。

3.根据权利要求2所述一种基片集成波导到矩形波导的过渡转换结构，其特征在于：所述SIW导波结构满足导波结构TE20模的正常工作限制条件。

4.根据权利要求3所述一种基片集成波导到矩形波导的过渡转换结构，其特征在于：所述矩形波导与所述矩形波导渐变过渡部采用的是H面Y型功分形式。

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