CN112886169A - 一种矩形波导到同轴的转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矩形波导到同轴的转换器。该转换器包含介质基板，第一金属层，第二金属层，同轴连接器。其中，所述同轴连接器垂直耦合于所述介质基板的表面，所述介质基板的下表面连接矩形波导的第一端口并垂直于矩形波导金属壁，所述第一金属层贴合于所述介质基板的上表面，所述第二金属层贴合于所述介质基板的下表面。在连接矩形波导端口时，仅需要将介质基板贴合待连接的矩形波导端口，同时将同轴线插入介质基板与第一金属层和第二金属层连接，即完成组装。不需要对矩形波导端口进行加工，同轴线可以方便快捷连接各类器件、仪器。本发明可以广泛用于微波系统中，快捷方便的将矩形波导端口转换为同轴线，担任系统、器件之间的级联工作。
Description
技术领域
本发明涉及微波/毫米波能量传输技术领域，具体涉及一种矩形波导到同轴转换器。
背景技术
在电子系统研发与生产高速发展的今天，矩形波导以其电磁屏蔽性好，损耗低的特性，被广泛应用于电子系统中。实际工程中的馈电电缆及矢量分析仪、频谱分析仪是以同轴线作为输入/输出宽口。因此以波导结构作为输出端口的器件在测试、检修时需要复杂的连接装置才能进行工作。波导同轴转换器作为波导到同轴线的转换装置，被大量使用。
现有的波导同轴转换装置需要对原始矩形波导，进行额外加工。将耦合探针从侧壁开口处深入矩形波导。如果待连接的波导是非标准波导尺寸，需要进行额外定制才能与同轴线连接，难度增加的同时，成本也随之增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中矩形波导到同轴的转换器是需要对矩形波导的金属结构进行改造，才能实现。需要多次对矩形波导进行加工，工序复杂成本高。
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种矩形波导到同轴的转换器，包含介质基板、同轴连接器、第一金属层和第二金属层，其中，所述同轴连接器垂直耦合于所述介质基板的表面，所述介质基板的下表面连接矩形波导的第一端口并垂直于矩形波导金属壁，所述第一金属层贴合于所述介质基板的上表面，所述第二金属层贴合于所述介质基板的下表面；所述第二层金属层包含磁耦合探针，所述磁耦合探针与所述矩形波导的金属壁之间形成空气腔。
可选的，所述同轴连接器包括同轴线内导体、同轴线外导体，同轴线非金属介质，第一金属层内的焊盘和第一空气层；其中所述同轴内导体贯穿所述介质基板并与所述磁耦合探针垂直连接。所述同轴外导体和所述同轴介质层均连接与所述第一金属层，所述同轴外导体与所述同轴介质层在轴线方向上的长度相同，所述焊盘位于所述第一金属内，所述第一空气层围绕所述焊盘，所述焊盘环绕所述同轴内导体。
可选的，所述磁耦合探针位于所述矩形波导内，或者，所述第二金属层垂直连接于所述第一端口；其中，所述第一端口为所述矩形波导的任意端口。
可选的，所述磁耦合探针位于所述矩形波导内时，所述第二金属层仅包含所述磁耦合探针。
可选的，所述第二金属层连接于所述第一端口时，所述第二金属层还包含第二空气层和第二金属区域，所述第一端口连接于所述第二金属区域围绕所述第二空气层。
可选的，所述第一金属层还包括第一金属区域，所述介质基板还包括金属过孔，所述第二金属区域围绕所述第一空气层，所述金属过孔连接所述第二金属区域和所述磁耦合探针。
可选的，所述磁耦合探针包括连接同轴线内导体的焊盘，垂直于矩形波导宽边的长方形金属，水平于矩形波导宽边的长方形金属和连接金属过孔的焊盘。
本发明公开了一种矩形波导到同轴的转换器。该转换器包含介质基板，第一金属层，第二金属层，同轴连接器。其中，所述同轴连接器垂直耦合于所述介质基板的表面，所述介质基板的下表面连接矩形波导的第一端口并垂直于矩形波导金属壁，所述第一金属层贴合于所述介质基板的上表面，所述第二金属层贴合于所述介质基板的下表面。在连接矩形波导端口时，仅需要将介质基板贴合待连接的矩形波导端口，同时将同轴线插入介质基板与第一金属层和第二金属层连接，即完成组装。不需要对矩形波导端口进行加工，同轴线可以方便快捷连接各类器件、仪器。本发明可以广泛用于微波系统中，快捷方便的将矩形波导端口转换为同轴线，担任系统、器件之间的级联工作，在民用和军事领域都有非常广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明提供的矩形波导到同轴的转换器的一种结构示意图；
图2是本发明提供的矩形波导到同轴的转换器的结构正视图；
图3是本发明提供的矩形波导到同轴的转换器的第二金属层的结构图；
图4是本发明提供的矩形波导到同轴的转换器的输入回波与传输特性曲线图；
附图中标识对应名称为：
(1)介质基板，(2)第一金属层，(3)第二金属层，(4)同轴连接器，(5)矩形波导金属壁，(11)金属过孔，(21)焊盘，(22)第一空气层，(31)磁耦合探针，(311)焊盘，(312)第一金属线，(313)第二金属线，(314)焊盘，(32)第二空气层，(33)第二金属区域，(34)焊盘，(41)同轴线内导体，(42)同轴线非金属介质，(43)同轴线外导体，(51)矩形波导的第一端口，(52)矩形波导的金属壁。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
本专利是可应用于任意频率的矩形波导到同轴线的转换器。
实施例
如图2所示，为了组装矩形波导同轴转换器，可以在矩形波导外侧安装法兰盘，并在介质基板相对应的位置打通孔，使用螺丝将转换器与波导口紧密结合。
矩形波导到同轴的转换器，包含介质基板、同轴连接器、第一金属层和第二金属层，其中，所述同轴连接器垂直耦合于所述介质基板的表面，所述介质基板的下表面连接矩形波导的第一端口并垂直于矩形波导金属壁，所述第一金属层贴合于所述介质基板的上表面，所述第二金属层贴合于所述介质基板的下表面。所述同轴连接器有同轴线内导体，同轴线非金属介质，同轴线外导体，焊盘和第一空气层；其中所述同轴线内导体贯穿所述介质基板并与磁耦合探针连接。所述同轴外导体和所述同轴介质均连接于所述第一金属层，所述同轴外导体与所述同轴介质在轴线方向上的长度相同，所述焊盘位于所述第一金属内，所述第一空气层围绕所述焊盘，所述焊盘环绕所述同轴内导体。
第一金属层还包括第一金属区域，所述第一金属区域围绕所述第一空气层，所述介质基板还包括金属过孔，所述金属过孔连接所述第一金属区域和焊盘。
第二层金属层包含磁耦合探针，所述磁耦合探针包含焊盘，第一金属线，第二金属线，焊盘，所述磁耦合探针与所述矩形波导的金属壁之间形成空气层。
为了更明确矩形波导到同轴的转换器的结构特点，第二金属层俯视图(3)，附加在附图里。
在该实施例中，如图2所示结构，电磁场由矩形波导端口输入，经过磁耦合探针，传输到同轴线内导体，转换为同轴线工作模式，电磁场最后从同轴线端口输出。
磁耦合探针位置，磁耦合探针中金属线(312)位于矩形波导端口宽边的中心位置，该位置为工作在矩形波导内的电磁波的磁场最强位置，其长度和宽度可以根据需求调节。
磁耦合探针中金属线(313)一段连接金属线(312)另一端连接金属焊盘(314)，金属线(313)长度为x，x小于矩形波导宽边的一半，可以为0，也可以反向放置。
磁耦合探针长度，磁耦合探针总长度为电磁场在介质基板上的微带线模式下的工作状态的二分之一波长，磁耦合探针的总长度包含连接同轴线内导体的焊盘的直径、连接金属过孔的焊盘的直径、两段金属线的长度。金属线(312)的长度增加，带外零点频率降低。金属线(313)的长度主要影响驻波系数。在不同工作频率工作时，磁耦合探针的长度和宽度都应适当调节。
介质基板的厚度和材质影响转换器的工作频率，材质不变，介质基板越厚，工作频率越低。介质基板厚度固定，材质的介电常数越高，工作频率越低。介质基板厚度应等于电磁波在介质基板中工作波长的四分之一。
磁耦合探针中的两个焊盘，焊盘直径大于金属过孔直径，方便加工及组装。
介质基板的尺寸可以使用金属过孔实现电壁，也可以直接切割得到所需尺寸。
如图2所示结构，矩形波导工作在Ka频段，工作频率24.4GHz-32.5GHz，输入端口波导尺寸为7.12*3.556mm，输出端口为同轴线，内导体半径为0.25mm，外导体半径为0.58mm，非金属介质的介电常数为1，焊盘(21)半径0.37mm，焊盘(31)半径0.52mm，焊盘(34)半径0.25mm，水平探针长0.47mm宽0.17mm，垂直探针长1.5mm宽0.1mm，金属过孔半径0.15mm，最后得到插入损耗及回波系数如图5。
此实例中，结构简单，易于加工成型。进一步可知，本发明所涉及结构应用于其他尺寸波导时，也可以获得类似的技术效果。
Claims (7)
1.一种矩形波导到同轴的转换器，其特征在于，包含介质基板(1)、同轴连接器(4)、第一金属层(2)和第二金属层(3)，其中，所述同轴连接器垂直耦合于所述介质基板的表面，所述介质基板的下表面连接矩形波导的第一端口(51)并垂直于矩形波导金属壁(5)，所述第一金属层贴合于所述介质基板的上表面，所述第二金属层贴合于所述介质基板的下表面。
2.如权利要求1所述的转换器，其特征在于，所述同轴连接器有同轴线内导体(41)，同轴线非金属介质(42)，同轴线外导体(43)，焊盘(21)和第一空气层(22)；其中所述同轴线内导体贯穿所述介质基板(1)并与磁耦合探针(31)连接。所述同轴外导体(43)和所述同轴介质均连接于所述第一金属层(2)，所述同轴外导体(43)与所述同轴介质(42)在轴线方向上的长度相同，所述焊盘(31)位于所述第一金属内，所述第一空气层(22)围绕所述焊盘(21)，所述焊盘(21)环绕所述同轴内导体(41)。
3.如权利要求1或2所述的转换器，其特征在于，所述磁耦合探针(31)位于所述矩形波导(5)内，其中，所述第一端口为所述矩形波导的任意端口。
4.如权利要求3所述的转换器，其特征在于，所述第二层金属层(3)包含磁耦合探针(31)，所述磁耦合探针(31)包含焊盘(311)，第一金属线(312)，第二金属线(313)，焊盘(314)，所述磁耦合探针(31)与所述矩形波导的金属壁(52)之间形成空气层(32)。
5.如权利要求4所述的转换器，其特征在于，所述第一金属层(2)还包括第一金属区域(23)，所述第一金属区域(23)围绕所述第一空气层(22)，所述介质基板还包括金属过孔(11)，所述金属过孔(11)连接所述第一金属区域(23)和焊盘(34)。
6.如权利要求3所述的转换器，其特征在于，所述磁耦合探针(31)位于所述矩形波导内时，所述第二金属层(3)仅包含所述磁耦合探针(31)。
7.如权利要求1-2和4-6中任一项所述的转换器，其特征在于，所述第一空气层的形状为矩形，所述第二空气层的形状为环形。
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