CN113506961B - 一种基于侧壁覆膜的波导无法兰互连结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于毫米波及太赫兹频段波导互连技术领域，具体为一种基于侧壁覆膜的波导无法兰互连结构。包括输入矩形波导、输出矩形波导、薄膜矩形波导和母板，输入和输出矩形波导通过薄膜矩形波导相连。薄膜矩形波导为金属薄膜构成的端头贯通的方筒状结构。薄膜矩形波导的一端插入到输入矩形波导内，其外壁与输入矩形波导的内壁连接；薄膜矩形波导的另一端插入到输出矩形波导内，其外壁与输出矩形波导的内壁连接；母板用于固定输入矩形波导和输出矩形波导。与现有技术相比，本发明在提高互连传输性能的同时实现了互连尺寸的小型化，具有可靠性高、传输性好等优点。在毫米波及太赫兹模块、组件和系统的设计中具有很好的实用价值。

Description

一种基于侧壁覆膜的波导无法兰互连结构
技术领域
本发明属于毫米波及太赫兹频段波导互连技术领域，具体涉及一种基于侧壁覆膜的波导无法兰互连结构。
背景技术
在毫米波及太赫兹频段中，测试设备及组件模块间大多都采用标准波导作为接口和互连传输线以减小损耗。为了连接这些波导模块组件，使其构成整个前端系统，目前普遍采用的是波导法兰互连结构，通过销钉使得互连模块的波导口对准，然后采用法兰螺钉给互连的波导模块之间施加压力，实现各模块之间的互连。
然而，传统的波导法兰互连结构有着一些显而易见的缺点：标准波导法兰具有较大的尺寸，占据了较大的模块横向面积；为了实现可靠的互连，两个法兰之间必须施加足够的压力以消除空气缝隙，这必须要通过法兰螺钉来固定，但是法兰螺钉常常具有较长的长度，以保证接触面获得足够大的压力。法兰螺钉的长度也占据了较大的模块纵向尺寸。由于法兰互连结构占据了较大的尺寸，使得无论是单个模块还是系统的体积都十分庞大、笨重，非常不利于如航天航空等领域对于太赫兹前端系统小型化的需求。模块的纵向一般是信号传输方向，虽然波导是损耗较小的传输线，但是传输长度的增加同样会增加传输损耗。在更高的频段，特别是频率超过300GHz，对于法兰连接的可靠性提出了更高的要求，任何细小的法兰连接缝隙都有可能造成严重的信号泄露。太赫兹前端系统的设计往往不是一步到位的。如果不考虑接口，直接在一个金属模块中集成太赫兹前端，会面临比较大的风险问题和后期问题。当整体系统出现问题的时候，很难定位问题具体所在，即使找到了问题所在，也很难对其中的模块进行更换，比如无源电路。因此，在毫米波和太赫兹频段的开发和应用中，对新型的、可靠的、小型化的波导互连结构的需求是非常迫切的。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于侧壁覆膜的波导无法兰互连结构，旨在解决现有技术存在的尺寸大、可靠性低等综合性问题。
为解决上述问题，本发明采取如下技术方案：
一种基于侧壁覆膜的波导无法兰互连结构，包括输入矩形波导、输出矩形波导、设置在输入矩形波导和输出矩形波导之间的薄膜矩形波导、以及母板；
所述输入矩形波导和输出矩形波导通过薄膜矩形波导相连；
所述薄膜矩形波导为金属薄膜构成的端头贯通的方筒状结构；它的一端插入到输入矩形波导内，其外壁与输入矩形波导的内壁连接固定，以实现与输入矩形波导的电气连通；它的另一端插入到输出矩形波导内，其外壁与输出矩形波导的内壁连接固定,以实现与输出矩形波导的电气连通；
所述母板用于固定输入矩形波导和输出矩形波导，利用母版形成对薄膜矩形波导的保护，使其不被破坏。
进一步的，所述母板包括上母板和下母板，其中上母板的一端与输入矩形波导顶面外壳固定，另一端与输出矩形波导顶面外壳固定；下母板的一端与输入矩形波导底面外壳固定，另一端与输出矩形波导底面外壳固定。
进一步的，所述金属薄膜材料为金，金属薄膜厚度为1～2um。
进一步的，所述母板材料为铜或铝。
本发明提供的一种基于侧壁覆膜的波导无法兰互连结构，是通过薄膜矩形波导来实现输入和输出矩形波导的互连。在本发明中，由于在输入矩形波导和输出矩形波导之间没有采用螺钉紧固对进行紧固，两者之间因工艺和装配因素，不可避免的会形成缝隙，从而造成电磁信号泄露，影响互连性能；当采用薄膜矩形波导连接输入和输出矩形波导后，由于薄膜矩形波导的一端插入在输入矩形波导内，且矩形波导薄膜的外壁与输入矩形波导内壁连接固定，以实现与输入矩形波导的电气连通，另一个端头外壁插入到输出矩形波导内，其外壁与输出矩形波导的内壁连接固定,以实现与输出矩形波导的电气连通，这就相当于增加了一段标准波导，通过这段标准波导覆盖了输入矩形波导和输出矩形波导之间存在的缝隙,以保证信号的良好传输。在上述结构下，通过母板对输入矩形波导和输出矩形波导的位置进行固定，使其对互连结构薄膜矩形波导形成保护，以提升本发明结构的可靠性。
与现有技术相比，本发明在提高互连传输性能的同时实现了互连尺寸的小型化，具有可靠性高、传输性好等优点。在毫米波及太赫兹模块、组件和系统的设计中具有很好的实用价值。
附图说明
图1是本发明的一种基于侧壁覆膜的波导无法兰互连结构的示意图；
图2是本发明实施例波导模块装配和连接模型图；
图3是本发明实施例完成装配和连接后的整体模块图；
图4是本发明实施例的仿真结果图；
其中附图标记为：1、输入标准波导；2、薄膜矩形波导；3、输出标准波导；4、上母板；5、下侧母板；1-1、上半输入矩形波导；1-2、下半输入矩形波导；2-1、上半薄膜矩形波导；2-2、下半薄膜矩形波导；3-1、上半输出矩形波导；3-2、下半输出矩形波导。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的一种基于侧壁覆膜的波导无法兰互连结构，如图1所示，
包括输入矩形波导1、输出矩形波导3、薄膜矩形波导2和母板4、5；所述输入矩形波导1和输出矩形波导3都采用WR10标准矩形波导，两个波导都具有波导口，输入矩形波导1和输出矩形波导3的波导口通过薄膜矩形波导2相连。所述薄膜矩形波导为金属薄膜构成的端头贯通的方筒状结构；该薄膜矩形波导的一端插入到输入矩形波导的波导口内，其外壁与输入矩形波导的波导口内壁连接固定,以实现与输入矩形波导的电气连通；；薄膜矩形波导的另一端插入到输出矩形波导口内，其外壁与输出矩形波导的波导口内壁连接固定,以实现与输出矩形波导的电气连通。
所述母板用于固定输入矩形波导1和输出矩形波导3,母版固定的方式有多种，如螺钉加销钉固定。具体固定时，以保护对薄膜矩形波导不受破坏为准。为操作方便，本实施例母板共2块，分别为上侧母板4和下侧母板5，其中上侧母板4的一端与输入标准矩形波导1顶面外壳固定，另一端与输出标准矩形波导3的顶面外壳固定；下母板5的一端与输入标准矩形波导1底面外壳固定，另一端与输出矩形波导3的底面外壳固定。
为更好的说明本发明的优点，在场仿真软件中建立本发明提供的波导无法兰互连结构模型，该模型建立过程如下：
步骤1、首先建立输入标准矩形波导和输出标准矩形波导，两个波导尺寸相同，都是2.54 mm×1.27mm。
步骤2、采用2um厚的金属薄膜制作成端头贯通的方筒状结构作为薄膜矩形波导。在本实施例中，该薄膜矩形波导的横截面为长方形，与波导口形状相匹配。通过薄膜矩形波导将输入标准矩形波导、输出标准矩形波导连接。由于两个波导模块之间没有螺钉紧固，在输入标准矩形波导和输出标准矩形波导连接处不可避免会形成缝隙，由于缝隙的存在会造成信号泄露。为使仿真结果更加精确，在本实施中，在构建的模型中预留了一个宽度约100um的缝隙。
步骤3、将输入标准矩形波导1、输出标准矩形波导3、由金属薄膜构成的端头贯通的薄膜矩形波导2都沿波导E面剖分。如图2所示，剖分后的输入标准矩形波导1被剖分为上半输入矩形波导(1-1)和下半输入矩形波导(1-2)、输出标准矩形波导3被剖分为上半输出矩形波导(3-1)和下半输出矩形波导(3-2)，薄膜金属波导(2)沿着E面被分为上半薄膜矩形波导(2-1)和下半薄膜矩形波导(2-2)。
步骤4、先将上半输入矩形波导(1-1)和上半输出矩形波导(3-1)与上母板(4)上固定，下半输入矩形波导(1-2)和下半输出矩形波导(3-2)与下母板(5)固定。然后进行装配，得到结构如图3所示。
图4是本发明实施例的仿真结果图，从图4中不难看出：在整个W频带内，回波损耗优于40dB，插入损耗几乎为零。输出特性平坦，无任何谐振点，说明这样的一种连接方式具有很好的电磁性能。需要指出的是，本实施例不仅是对基于侧壁覆膜的波导无法兰互连结构的一种仿真模拟，同时也展示了本发明的一种具体实现方式。其中，薄膜矩形波导两端与输入和输出矩形波导的内壁通过导电胶粘贴的实现连接固定，也可以采用其他现有的方式实现连接固定。
综上所述，本发明提供的一种基于侧壁覆膜的波导无法兰互连结构，实现了波导与波导之间的无法兰互连，消除了笨重、体积庞大的传统法兰互连结构，减小了模块和系统的体积。此外，本发明提供的波导无法兰互连结构在加工过程中，对于机械加工技术要求不高，采用普通的机械加工技术就可以将两个波导之间的缝隙大小控制在100um以内，整体结构简单且易实现。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于侧壁覆膜的波导无法兰互连结构，包括输入矩形波导、输出矩形波导、薄膜矩形波导和母板，其特征在于：
所述输入矩形波导和输出矩形波导通过薄膜矩形波导相连；
所述薄膜矩形波导为金属薄膜构成的端头贯通的方筒状结构；它的一端插入到输入矩形波导内，其外壁与输入矩形波导的内壁连接固定，以实现与输入矩形波导的电气连通；它的另一端插入到输出矩形波导内，其外壁与输出矩形波导的内壁连接固定,以实现与输出矩形波导的电气连通；
所述母板用于固定输入矩形波导和输出矩形波导。
2.根据权利要求1所述的一种基于侧壁覆膜的波导无法兰互连结构，其特征在于：所述母板包括上母板和下母板，其中上母板的一端与输入矩形波导顶面外壳固定，另一端与输出矩形波导顶面外壳固定；下母板的一端与输入矩形波导底面外壳固定，另一端与输出矩形波导底面外壳固定。
3.根据权利要求1所述的一种基于侧壁覆膜的波导无法兰互连结构，其特征在于：所述金属薄膜材料为金，金属薄膜厚度为1～2um。
4.根据权利要求1所述的一种基于侧壁覆膜的波导无法兰互连结构，其特征在于：所述母板材料为铝或铜。
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