CN113708036B - 一种信号传输组件 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种信号传输组件，该信号传输组件包括：介质模式转换结构，其中，该介质模式转换结构的延伸轴线上的两端分别形成一个尖端部；与介质模式转换结构的每个尖端部分别对应的空心信号传输线，且介质模式转换结构的相对介电常数分别大于或等于每个空心信号传输线的相对介电常数；每一组相互对应的尖端部和空心信号传输线中，尖端部的至少部分插接于空心信号传输线中，且每个尖端部的表面与对应的空心信号传输线的内壁抵接，不同尺寸的空心信号传输线通过与一个介质模式转换结构中对应的尖端部的不同外径处配合，可实现灵活适配；并且，空心信号传输线中的电场分布与介质模式转换结构中电场分布相似，可实现较好的阻抗匹配。

Description

一种信号传输组件

技术领域

本申请涉及到通信技术领域，尤其涉及到一种信号传输组件。

背景技术

在数据爆炸式增长的时代，对于网络设备之间的通信质量要求越来越高。为此，在一些应用场景下，采用空心信号传输线替代有源光缆(Active Optical Cables，AOC)和直连铜缆(Direct Attach Cable，DAC)，以克服有源光缆具有较大的功耗和成本，以及，直连铜缆随着工作频率的增加而出现较高的金属损耗的问题。例如，在网络数据中心(datacenter，DC)的机架顶部(Top of Rack，TOR)架构中，机柜之间和机柜内部不同的服务器/交换机之间采用空心信号传输线连接。

但是，空心信号传输线之间通过直接插接的形式实现信号连接，易导致阻抗难以相互匹配，插损较大的技术问题，并且，只有两根内径和外径相互匹配的空心信号传输线才能实现相互连接，适配不灵活。

发明内容

本申请提供了一种信号传输组件，用以提升不同空心信号传输线之间连接时的阻抗匹配度和适配灵活性。

本申请提供的信号传输组件包括：介质模式转换结构，其中，该介质模式转换结构沿延伸轴线延伸，该介质模式转换结构的延伸轴线上的一端形成一个尖端部、另一端形成另一个尖端部；上述信号传输组件还包括与介质模式转换结构的每个尖端部分别对应的空心信号传输线，且介质模式转换结构的相对介电常数分别大于或等于每个空心信号传输线的相对介电常数；每一组相互对应的尖端部和空心信号传输线中，尖端部的至少部分插接于空心信号传输线中，且每个尖端部的表面与对应的空心信号传输线的内壁抵接，因此，内径介于尖端部的最大外径和最小外径之间的空心信号传输线都可以通过内壁与尖端部的相应外径处配合，不同尺寸的空心信号传输线通过与一个介质模式转换结构中对应的尖端部配合，实现灵活适配；此外，由于位于空心信号传输线中的尖端部外径自自由端是逐渐增加的，且尖端部的相对介电常数大于或等于空心信号传输线的相对介电常数，空心信号传输线中的电场分布与介质模式转换结构中电场分布相似，都集中于中心处，空心信号传输线与介质模式转换结构可实现较好的阻抗匹配；因此，不同的空心信号传输线通过介质模式转换结构实现较好的阻抗匹配。

在一个具体的可实施方案中，每个尖端部为以所述延伸轴线为旋转轴的旋转体，以使每个尖端部与圆形内壁的空心信号传输线配合。

在一个具体的可实施方案中，每个尖端部具有远离另一个尖端部的自由端和靠近另一个尖端部的尾端；

在每个尖端部中，所述尖端部的自由端的外径小于所述尖端部的尾端的外径，由所述自由端至所述尾端的方向，每相邻两个横截面中，后面一个横截面的外径大于或等于前面一个横截面的外径。

其中，尖端部的形式可以有多种：

在一个具体的可实施方案中，在至少一个尖端部中，沿每个尖端部的自由端至尾端的方向，所述尖端部包括多个间隔分布的第一渐变段，且每个第一渐变段外径较小的一端朝向所述自由端；每相邻两个第一渐变段之间设有一个第一圆柱段，每个第一圆柱段的圆周面与相邻的第一渐变段的侧面连接，其中，每个第一渐变段和每个第一圆柱段均以所述延伸轴线为中心轴；与所述尖端部对应的空心信号传输线套设于其中一个第一圆柱段的圆周面；通过设置第一圆柱段，一方面，方便与空心信号传输线固定，另一方面，增加空心信号传输线与该尖端部的接触面积，提高介质模式转换结构至空心信号传输线的模式转换效率。

每个第一渐变段的形状可以有多种，例如，在一个具体的可实施方案中，每个第一渐变段的母线为直线，便于生产加工；并且，每个第一渐变段的母线也可以为曲线。

在一个具体的可实施方案中，每个包括第一圆柱段的尖端部中，外径最大的第一圆柱段的外径d1满足：

其中，fc表示所述尖端部配合的空心信号传输线对应的电磁波截止工作频率，c表示真空下的光速，DK2表示所述介质模式转换结构的相对介电常数；以确保频率高于截止频率fc的电磁波能够在该尖端部内传输。

在另一个具体的可实施方案中，至少一个尖端部中，每个尖端部形成一个第二渐变段，其中，所述第二渐变段外径较大的一端朝向另一个尖端部。

例如，在一个具体的可实施方案中，所述第二渐变段为圆锥。

在一个具体的可实施方案中，所述第二渐变段的最大外径d2满足：

其中，fc表示所述尖端部配合的空心信号传输线对应的电磁波截止工作频率，c表示真空下的光速，DK2表示所述介质模式转换结构的相对介电常数；以确保频率高于截止频率fc的电磁波能够在该尖端部内传输。

在一个具体的可实施方案中，所述介质模式转换结构的两个尖端部之间形成有一个过渡圆柱段，其中，所述过渡圆柱段以所述延伸轴线为中心轴，且所述过渡圆柱段的圆周面分别与所述两个尖端部的侧面连接；以缓解甚至消除两个尖端部之间的阻抗突变点。

第二渐变段的形式可以有多种，例如，在一个具体的可实施方案中，所述第二渐变段的侧面为曲面。

在一个具体的可实施方案中，所述曲面为凸面或者凹面。

在一个具体的可实施方案中，所述第二渐变段的母线为双曲线或者抛物线。

在一个具体的可实施方案中，在至少一个尖端部中，沿每个尖端部的自由端至尾端的方向，所述尖端部包括多个相邻的第二圆柱段，且每相邻的两个第二圆柱段中，后面一个第二圆柱段的外径大于前面一个第二圆柱段的外径，其中，每个第二圆柱段均以所述延伸轴线为中心轴；与所述尖端部对应的空心信号传输线套设于其中一个第二圆柱段的圆周面。

空心信号传输线的种类可以有多种，例如，在一个具体的可实施方案中，与所述介质模式转换结构的一个尖端部对应的空心信号传输线为空心介质传输线；与所述介质模式转换结构的另一个尖端部对应的空心信号传输线为金属圆波导。

在一个具体的可实施方案中，所述介质模式转换结构的材质为聚四氟乙烯、高密度聚乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯中的一种或几种的组合；

所述空心介质传输线的材质为聚四氟乙烯、高密度聚乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯中的一种或几种的组合；

所述金属圆波导的材质为铜、铝和银中的一种或几种的组合。

为了进一步降低插损，在一个具体的可实施方案中，所述信号传输组件还包括屏蔽层，所述屏蔽层至少包裹于所述空心介质传输线与所述介质模式转换结构相对应部分的表面；且所述屏蔽层的相对介电常数小于或等于所述空心介质传输线的相对介电常数。

屏蔽层的形式可以有的多种，在一个具体的可实施方案中，所述屏蔽层为介质屏蔽层、金属屏蔽层；或者，所述屏蔽层包括由内至外依次包裹于所述空心介质传输线表面的介质屏蔽层和金属屏蔽层。

在一个具体的可实施方案中，所述介质屏蔽层的材质为泡沫。

在一个具体的可实施方案中，所述金属屏蔽层为铜箔、铝箔或银箔。

在一个具体的可实施方案中，所述信号传输组件还包括第一信号收发模块和第二信号收发模块，其中，所述第一信号收发模块与一个空心信号传输线信号连接，所述第二信号收发模块与另一个空心信号传输线信号连接。

附图说明

图1a表示出了一种信号传输组件的装配前的示意图；

图1b表示出了图1a所示的信号传输组件装配后的示意图；

图2表示出了本申请实施例提供的信号传输组件应用于数据中心中时的示意图；

图3表示出了图2中信号传输组件70的第一信号收发模块71侧的局部结构示意图；

图4表示出了图2中信号传输组件70的第二信号收发模块77侧的局部结构示意图；

图5表示出了图3中介质模式转换结构73a的一种示例性的结构示意图；

图6a表示出了图5所示的介质模式转换结构73a分别与金属连接器72a和空心介质传输线74a配合的结构示意图；

图6b表示出了图5所示的介质模式转换结构73a分别与金属连接器72a和空心介质传输线74a配合的剖视图；

图6c表示出了本申请实施例提供的一种信号传输组件的仿真图；

图6d表示出了本申请实施例提供的另一种信号传输组件的仿真图；

图6e表示出了本申请实施例提供的信号传输组件的对照试验的仿真图；

图6f表示出了图6a所示的信号传输组件的一种变形；

图7a表示出了图5所示的介质模式转换结构73a中尖端部100的另一种变形；

图7b表示出了图5所示的介质模式转换结构73a中尖端部100的另一种变形；

图8表示出了图5所示的介质模式转换结构73a中尖端部200的另一种变形；

图9表示出了本申请实施例提供的信号传输组件中另一种介质模式转换结构73a分别与金属连接器72a和空心介质传输线74a配合的示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

图1a表示出了一种信号传输组件的装配前的示意图，图1b表示出了图1a所示的信号传输组件装配后的示意图，请参考图1a，该信号传输组件包括空心的金属连接器a1和空心介质传输线a2，金属连接器a1与服务器信号连接，空心介质传输线a2与交换机信号连接，金属连接器a1的内径Cd等于空心介质传输线a2的外径Od；参考图1b，为了实现服务器和交换机的信号连接，将空心介质传输线a2插接于金属连接器a1中，空心介质传输线a2的外壁与金属连接器a1的内壁抵接，信号自金属连接器a1向空芯介质传输线a2传输时，实现由金属连接器a1中TE11信号传输模式到空芯介质传输线a2中HE11信号传输模式的转换，使金属连接器a1能够与空芯介质传输线a2进行电磁耦合。

但是，金属连接器a1与空心介质传输线a2之间阻抗不匹配，导致电磁波从金属连接器a1向空芯介质传输线a2传输时反射大、耦合效率低，插损较大，不利于信号高效传输。并且，在图1a和图1b所示的信号传输组件中，金属连接器a1若与空心介质传输线a2插接配合，必须保证金属连接器a1的内径Cd等于空心介质传输线a2的外径Od，以在一定程度上尽量避免电磁泄露；如此，一种型号的金属连接器a1只能与一种型号的空心介质传输线a2适配，金属连接器a1和空芯介质传输线a2适配不灵活。

为了解决上述问题，本申请实施例提供了另一种信号传输组件。

为了方便理解本申请实施例提供的信号传输组件，首先说明一下其可能的应用的场景。图2表示出了本申请实施例提供的信号传输组件应用于数据中心(data center，简称DC)中时的示意图。请参考图2，数据中心包括相邻放置的机柜10和机柜20。其中，在机柜10内，顶部设有机框顶部交换机11，底部设有机架式服务器14，机框顶部交换机11和机架式服务器14之间还可以设有机架式服务器12和机架式服务器13等，并不作限定，机框顶部交换机11和机架式服务器14之间通过信号传输组件40实现信号连接；类似地，机柜20内由顶部至底部依次设有机框顶部交换机21、机架式服务器22、机架式服务器23和机架式服务器24，机框顶部交换机21与机架式服务器24之间通过信号传输组件50实现信号连接；在机柜20背离机柜10的一侧还设有一个聚合交换机30，聚合交换机30通过信号传输组件70与机框顶部交换机11信号连接，并通过信号传输组件60与机框顶部交换机21信号连接。图2中的信号传输组件40、信号传输组件50、信号传输组件60和信号传输组件70均可采用本申请实施例提供的信号传输组件。信号传输组件可以是以太赫兹波为载波，例如可以是太赫兹有源线缆(Terahertz Active Cable，简称TAC)，TAC的损耗特性直接决定传输距离等功能特性。

需要说明的是，图2所示的信号传输组件应用场景仅仅是示例性的说明，意在说明本申请实施例提供的信号传输组件可以应用于数据中心中的短距离信号传输场景，所谓“短距离”是指介于1米至10米之间的信号传输距离。

但是，本申请实施例提供的信号传输组件也并不限于短距离传输场景和太赫兹传输场景。

下面以图2中信号传输组件70的结构对本申请实施例提供的信号传输组件进行示例性地说明。如图2所示，信号传输组件70包括第一信号收发模块71和第二信号收发模块77，其中，第一信号收发模块71与机框顶部交换机11信号互连，第二信号收发模块77与聚合交换机30信号互连，且第一信号收发模块71和第二信号收发模块77之间信号互连。

图3表示出了信号传输组件70的第一信号收发模块71侧的局部结构示意图，参考图3，以第一信号收发模块71侧为例，第一信号收发模块71包括封装壳体01，以及，被封装于封装壳体01中的印刷电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)02、基带信号处理芯片03、射频收端芯片04、射频发端芯片05、电磁耦合结构06和电磁耦合结构07，其中，基带信号处理芯片03、射频收端芯片04和射频发端芯片05均封装于印刷电路板02上，且基带信号处理芯片03分别与射频收端芯片04和射频发端芯片05信号连接。信号传输组件70还包括金属连接器72a和金属连接器72b，射频发端芯片05通过电磁耦合结构07与金属连接器72a耦合，射频收端芯片04通过电磁耦合结构06与金属连接器72b耦合。

类似地，图4表示出了信号传输组件70的第二信号收发模块77侧的局部结构示意图，参考图4，第二信号收发模块77示例性地具有与第一信号收发模块71相同的结构，第二信号收发模块77中的封装壳体01’、印刷电路板02’、基带信号处理芯片03’、射频收端芯片04’、射频发端芯片05’、电磁耦合结构06’和电磁耦合结构07’依次对应第一信号收发模块71中的封装壳体01、印刷电路板02、基带信号处理芯片03、射频收端芯片04、射频发端芯片05、电磁耦合结构06和电磁耦合结构07。信号传输组件70还包括金属连接器76a和金属连接器76b，射频发端芯片05’通过电磁耦合结构07’与金属连接器76b耦合，射频收端芯片04’通过电磁耦合结构06’与金属连接器76a耦合。

以上，金属连接器72a、76a、72b和76b均示例性地为金属圆波导，例如金属波导管，其材质可以是铜、铝和银中的一种或几种的组合。

为了实现第二信号收发模块77具有与第一信号收发模块71之间的信号互连，信号传输组件70还包括介质模式转换结构73a、空心介质传输线74a、介质模式转换结构75a、介质模式转换结构73b、空心介质传输线74b和介质模式转换结构75b，空心介质传输线74a的一端通过介质模式转换结构73a与金属连接器72a耦接，空心介质传输线74a的另一端通过介质模式转换结构75a与金属连接器76a耦接，空心介质传输线74b的一端通过介质模式转换结构73b与金属连接器72b耦接，空心介质传输线74b的另一端通过介质模式转换结构75b与金属连接器76b耦接。

以图2中机框顶部交换机11向聚合交换机30发送信号为例，机框顶部交换机11的业务信号经过基带信号处理芯片03处理为基带信号后传输至射频发端芯片05，并经射频发端芯片05调制为载波信号，射频发端芯片05中的载波信号通过电磁耦合结构07耦合至金属连接器72a中，随后通过介质模式转换结构73a耦合到空心介质传输线74a中，并在空心介质传输线74a中进行导波传输，然后，载波信号依次经过介质模式转换结构75a、金属连接器76a和电磁耦合结构06’耦合至射频收端芯片04’，经射频收端芯片04’处理为基带信号，射频收端芯片04’中的基带信号经基带信号处理芯片03’解调为聚合交换机30的业务信号，实现机框顶部交换机11向聚合交换机30发送信号。聚合交换机30向机框顶部交换机11发送信号与上述过程类似，在此不再赘述。

以下，以图3中金属连接器72a、介质模式转换结构73a和空心介质传输线74a之间的耦接为例，详细说明介质模式转换结构是如何将对应的金属连接器和空心介质传输线低插损耦接的。图5表示出了图3中介质模式转换结构73a的一种示例性的结构示意图，请参考图5，介质模式转换结构73a包括沿着延伸轴线L排列的尖端部100、过渡圆柱段300和尖端部200，尖端部100、过渡圆柱段300和尖端部200均是以延伸轴线L为旋转轴的旋转体。过渡圆柱段300位于尖端部100和尖端部200之间，尖端部100位于过渡圆柱段300的A方向上，尖端部200位于过渡圆柱段300的B方向上，其中，A方向和B方向均平行于介质模式转换结构73a的延伸轴线L，且A方向和B方向相反。

本申请实施例中介质模式转换结构的“尖端部”可以是指以下含义：在介质模式转换结构中，每个尖端部具有远离另一个尖端部的自由端(如图5中尖端部100的自由端G1和尖端部200的自由端G3)和靠近另一个尖端部的尾端(如图5中尖端部100的尾端G2和尖端部200的尾端G4)；在每个尖端部中，该尖端部的自由端的外径小于该尖端部的尾端的外径，由自由端至尾端的方向，每相邻两个横截面中，后面一个横截面的外径大于或等于前面一个横截面的外径；例如，在尖端部100中，自由端G1的外径(该外径实际为零)小于尾端G2的外径，且由自由端G1指向尾端G2的方向(即B方向)，后面一个横截面的外径大于或等于前面一个横截面的外径；再例如，在尖端部200中，自由端G3的外径(该外径实际为零)小于尾端G4的外径，且由自由端G3指向尾端G4的方向(即A方向)，后面一个横截面的外径大于或等于前面一个横截面的外径。在本申请实施例中，当提到“尖端部的侧面”时，均是指该尖端部中环绕延伸轴线L、且与延伸轴线L无相交的表面，如尖端部100的侧面是指尖端部100的圆锥侧面。

示例性地，在图5中，过渡圆柱段300以延伸轴线L为中心轴；尖端部200沿B方向依次包括第一渐变段210、第一圆柱段220和第一渐变段230。在本申请实施例中，术语“渐变段”均满足以下条件：沿着该渐变段的中心轴的一个方向，渐变段的每相邻的两个横截面中，后面一个横截面的外径大于前面一个横截面的外径，其中，该渐变段的每个横截面均为圆心位于中心轴的圆形。第一渐变段210、第一圆柱段220和第一渐变段230均是以延伸轴线L为中心轴；示例性地，第一渐变段210为圆台，第一渐变段230为圆锥，第一渐变段210和第一渐变段230外径较小的一端均朝向B方向，第一渐变段210的朝向A方向的端面的外径与过渡圆柱段300的外径大小相同，且第一渐变段210朝向A方向的端面与过渡圆柱段300的B方向上的一个圆形端面连接且完全重合；第一渐变段210的朝向B方向的端面的外径与第一圆柱段220的外径大小相同，第一渐变段210朝向B方向的端面与第一圆柱段220朝向A方向的端面连接且完全重合，以使第一渐变段210的侧面与第一圆柱段220的圆周面连接；第一渐变段230的外径较大的端面(即圆锥的底面)的外径与第一圆柱段220的外径大小相同，且第一渐变段230的外径较大的端面与第一圆柱段220朝向B方向的端面连接且完全重合，以使第一渐变段230的侧面与第一圆柱段220的圆周面连接。

尖端部100是以延伸轴线L为中心轴的圆锥，且该圆锥的自由端G1朝向A方向，外径较大的尾端G2朝向B方向，尾端G2的外径等于过渡圆柱段300的外径，尾端G2的端面与过渡圆柱段300朝向A方向的端面连接且完全重合，以使尖端部100的侧面与过渡圆柱段300的圆周面连接。

图6a表示出了图5所示的介质模式转换结构73a分别与金属连接器72a和空心介质传输线74a配合的结构示意图，图6b表示出了图5所示的介质模式转换结构73a分别与金属连接器72a和空心介质传输线74a配合的剖视图。请结合图6a和图6b，尖端部100插接于金属连接器72a内，此处的所谓“插接”是指尖端部100的至少一个横截面的整个圆周都与金属连接器72a内壁抵接；更准确地讲，在图6a和图6b中，圆锥形的尖端部100的侧面与金属连接器72a的B方向上的端口位置的内沿相切。尖端部200部分插接于空心介质传输线74a中，其中，空心介质传输线74a的内壁与第一圆柱段220的圆周面抵接，且空心介质传输线74a套设至第一圆柱段220和第一渐变段210的交界处，但该套设于交界处位置仅是示例性的，例如，也可以套设至第一圆柱段220的一半。介质模式转换结构73a和空心介质传输线74a的材质均为介质材料，且介质模式转换结构73a材料的相对介电常数大于或等于空心介质传输线74a的材料的相对介电常数，例如，介质模式转换结构73a的材质为聚四氟乙烯、高密度聚乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯中的一种或几种的组合，空心介质传输线74a的材质为聚四氟乙烯、高密度聚乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯中的一种或几种的组合。金属连接器72a材质可以是铜、铝和银中的一种或几种的组合，金属的相对介电常数可以认为是零或者近似为零，也就是说，空心介质传输线74a的材料的相对介电常数大于金属连接器72a的相对介电常数。

以下，说明金属连接器72a和空心介质传输线74a之间的阻抗匹配情况。

首先，介绍金属连接器72a与介质模式转换结构73a的阻抗匹配情况：电磁波由空心的金属连接器72a沿B方向传输，由于圆锥状的尖端部100的横截面面积沿着B方向是逐渐增加，而不是突然变大的，且尖端部100的相对介电常数大于或等于金属连接器72a的相对介电常数，因此，电磁波在金属连接器72a内(包括与尖端部100重合的部分)以TE11主模传输，通过尖端部100进入介质模式转换结构73a内，并在过渡圆柱段300内以HE11主模传输，电场都始终集中在延伸轴线L附近，信号能量不易向外部空间发散，金属连接器72a的截面电场分布和介质模式转换结构73a的截面电场分布相似，从而，金属连接器72a能够通过尖端部100与介质模式转换结构73a实现较好的阻抗匹配，插损较小。并且，通过在尖端部100和尖端部200之间设置过渡圆柱段300，可以缓解甚至消除尖端部100和尖端部200直接连接可能产生的阻抗突变点，有利于降低电磁波反射。

并且，尖端部100的最大外径d2(等于过渡圆柱段300的外径)满足：

其中，c表示真空下的光速，DK2表示介质模式转换结构73a的相对介电常数，fc表示金属连接器72a对应的电磁波截止工作频率，以确保频率高于截止工作频率fc的电磁波能够通过尖端部100和过渡圆柱段300。

然后，介绍介质模式转换结构73a与空心介质传输线74a的阻抗匹配情况：沿B方向，电磁波由过渡圆柱段300经过第一渐变段210向第一圆柱段220传输时，介质模式转换结构73a的横截面积逐渐减小，电磁波以HE11模式传输；接着，第一渐变段230的横截面积逐渐减小，直至自由端G3横截面积变为零，且介质模式转换结构73a材料的相对介电常数大于或等于空心介质传输线74a的材料的相对介电常数，以上限制条件使电磁波在第一渐变段230内传输时电场仍然主要集中于延伸轴线L附近，电磁波以HE11模式传输，防止能量向外部空间发散，信号进入空心介质传输线74a仍以HE11模式传输，介质模式转换结构73a的截面电场分布与空心介质传输线74a的截面电场分布相似，从而，介质模式转换结构73a通过尖端部200能够与空心介质传输线74a配合能够实现较好的阻抗匹配，电磁波反射较少，插损较小。此外，通过在第一渐变段210和第一渐变段230之间设置第一圆柱段220，一方面，通过空心介质传输线74a的内壁与第一圆柱段220的圆周面的匹配，使空心介质传输线74a容易相互固定，另一方面，通过设置第一圆柱段220，可以增加尖端部200和空心介质传输线74a的接触面积，有利于提高介质模式转换结构73a至空心介质传输线74a的模式转换效率。

并且，第一圆柱段220的外径d1满足：

其中，c表示真空下的光速，DK2表示介质模式转换结构73a的相对介电常数，fc表示介质模式转换结构73a对应的电磁波截止工作频率，以确保频率高于截止工作频率fc的电磁波能够通过尖端部100和过渡圆柱段300。

可见，信号在金属连接器72a、尖端部100、过渡圆柱段300、尖端部200和金属连接器72a传输时，电场一直集中于延伸轴线L附近，电磁波能量损耗较少，金属连接器72a通过介质模式转换结构73a与空心介质传输线74a配合，能够实现较好的阻抗匹配，减少反射，降低插损。

以下利用仿真实验说明图6a和图6b所示的介质模式转换结构73a分别与空心介质传输线74a和金属连接器72a配合时阻抗匹配效果。仿真实验的条件如下：介质模式转换结构73a和空心介质传输线74a的材料均为聚四氟乙烯，工作频带范围为125GHz至155GHz，在该工作频带内，空心介质传输线74a的相对介电常数Dk1和介质模式转换结构73a的相对介电常数Dk2均为2.1，空心介质传输线74a的损耗角正切Df1和介质模式转换结构73a的损耗角正切Df2均为0.0002。尖端部100的长度l1＝9mm，过渡圆柱段300的长度l2＝2mm，过渡圆柱段300的外径d2＝1.7mm，第一渐变段210的长度l3＝2mm，第一圆柱段220的长度l4＝2mm，第一圆柱段220的外径d1＝1.2mmm，第一渐变段230的长度l5＝3mm，金属连接器72a的内直径Cd’＝1.65mm，空芯介质传输线74a的内直径Id’＝1.2mm，空芯介质传输线74a的外直径Od’＝1.8mm，尖端部100插入到金属连接器72a的深度lm＝8.735mm，尖端部200插入空芯介质传输线74a的深度为lh＝5mm。

图6c表示出了图6a和图6b所示的介质模式转换结构73a分别与空心介质传输线74a和金属连接器72a配合时的仿真图，其中，纵坐标表示S参数，单位为dB，横坐标表示频率，单位为GHz，虚线表示反射参量S11，实线表示传输参量S21，请参考图6c，在125GHz至155GHz的工作频带范围内，反射参量S11小于-22.7dB，传输参量S21大于-1.98dB。

而在另外一组仿真实验中，仿真条件与图6c对应的仿真实验的区别在于：介质模式转换结构73a的材料改为高密度聚乙烯，在工作频带125GHz至155GHz范围内，介质模式转换结构73a的相对介电常数Dk2均为2.25，介质模式转换结构73a的损耗角正切Df2均为0.00031。请参考图6d，在125GHz至155GHz的工作频带范围内，反射参量S11小于-16.2dB，传输参量S21大于-2.2dB。

作为对比实验，取消掉图6a和图6b中的介质模式转换结构73a，并将空心介质传输线74a插入金属连接器72a内，插入深度5mm，组装形式类似于图1b。图6e表示出了该对比实验的仿真图，其中，纵坐标表示S参数，单位为dB，横坐标表示频率，单位为GHz，虚线表示反射参量S11，实线表示传输参量S21，请参考图6d，在125GHz至155GHz的工作频带范围为，反射参量S11小于-14.25dB，传输参量S21大于-5.61dB。

对比图6c、图6d和图6e可知，如图6a和图6b添加了介质模式转换结构73a后，在工作频带125GHz至155GHz范围内，图6c和图6d分别相对于图6e，反射参量S11降低，传输参量S21增加，金属连接器72a到空芯介质传输线74a的耦合效率提高，阻抗匹配效果变好，插损降低。

图6f表示出了图6a所示的信号传输组件的一种变形，请参考图6f，为了进一步提高金属连接器72a到空芯介质传输线74a的耦合效率，在图6a的基础上，还可以在空芯介质传输线74a的外圆周面上包裹屏蔽层77a，要求屏蔽层77a的相对介电常数Dk3小于或等于空心介质传输线74a的相对介电常数Dk2，并且，该屏蔽层77a至少包裹空心介质传输线74a与介质模式转换结构73a相对应部分的表面，也就是说，屏蔽层77a在空心介质传输线74a的外圆周面上的投影至少覆盖介质模式转换结构73a在空心介质传输线74a的外圆周面上的投影。该屏蔽层77a的组成可以是多种形式，例如，由内而外依次包括包裹于空心介质传输线表面74a表面的介质屏蔽层和金属屏蔽层，或者仅包括介质屏蔽层，或者，仅包括金属屏蔽层。其中，介质屏蔽层可以是泡沫，金属屏蔽层可以是铜箔、铝箔或银箔。

需要说明的是，金属连接器72a的端口位置配合于尖端部100的中部位置仅仅是示例性地，只要保证尖端部100的至少部分长度插接于金属连接器72a内即可，也就是说尖端部100在延伸轴线L方向上的部分或全部长度插接于金属连接器72a内，在图6a中，尖端部100部分插接于金属连接器72a内；然而，根据金属连接器72a的外径大小不同，金属连接器72a的端口位置可以配合于尖端部100的不同位置，例如，当金属连接器72a的内径与过渡圆柱段300的外径相等时，可以将金属连接器72a套设至过渡圆柱段300表面，此时，尖端部100的延伸轴线L方向上的全部长度插接于金属连接器72a中，尖端部100的尾端G2的整个圆周均与金属连接器72a接触。在图5中，尖端部100的形式为圆锥，但并不限于这种形式，只要该尖端部100能够形成一个第二渐变段，且该第二渐变段外径较小的一端朝向尖端部200即可，此处，第二渐变段中“渐变段”的含义可参考前文对第一渐变段中术语“渐变段”的限定；例如，尖端部100还可以是圆台；或者，尖端部100的侧面除了是圆锥面的形式，还可以是曲面，该曲面可以是凸面(参考图7a)，也可以是凹面(参考图7b)，而无论是凹面还是凸面，其都可以以一条母线以延伸轴线L为旋转轴旋转而成，该母线轨迹可以是双曲线或者抛物线。

此外，在图5中，尖端部200仅包括一个第一圆柱段(标号220)的形式仅仅是示例性地。图8表示出了尖端部200的另一种变形，沿B方向，尖端部200包括间隔设置的第一渐变段240、260和280，且第一渐变段240、260和280外径较小的一端均朝向B方向，第一渐变段240和第一渐变段260之间设有一个以延伸轴线L为中心轴的第一圆柱段250，第一渐变段260和第一渐变段280之间设有一个以延伸轴线L为延伸轴的第一圆柱段270，第一圆柱段250的圆周面分别与第一渐变段240和第一渐变段260的侧面连接，第一圆柱段270的圆周面分别与第一渐变段260和第一渐变段280的侧面连接，根据空心介质传输线74a的内径大小可以将该空心介质传输线74a套设于第一圆柱段250或者第一圆柱段270上。只要沿尖端部200的自由端G3至尾端G4的方向，该尖端部包括多个间隔分布的第一渐变段，且每个第一渐变段外径较小的一端朝向自由端G3；每相邻两个第一渐变段之间设有一个第一圆柱段，每个第一圆柱段的圆周面与相邻的第一渐变段的侧面连接，其中，每个第一渐变段和每个第一圆柱段均以延伸轴线L为中心轴，且与尖端部对应的空心信号传输线套设于其中一个第一圆柱段的圆周面即可；其中，为了确保频率高于截止工作频率fc的电磁波能够在尖端部200内传输，外径最大的第一圆柱段的外径d1满足以下条件：

其中，c表示真空下的光速，DK2表示介质模式转换结构73a的相对介电常数，fc表示空心介质传输线74a对应的电磁波截止工作频率。可以根据与该尖端部200配合的空心介质传输线74a的内径大小，选择一个合适外径大小的第一圆柱段，将空心介质传输线74a套设于其上即可。此外，在图5和图8中，每个第一渐变段的母线均是直线，便于生产加工，但是，第一渐变段的母线并不一定是直线，也可以是曲线，尖端部200可以以较小的长度实现与第一渐变段母线为直线时相同的效果。

并且，图5所示的介质模式转换结构73a中，过渡圆柱段300也可以去除，使尖端部100和尖端部200直接连接，或者，过渡圆柱段300可以替换为其他形式的过渡段，例如，以平滑的曲面连接尖端部100的侧面和尖端部200的侧面。

图9表示出了另一种介质模式转换结构73a分别与金属连接器72a和空心介质传输线74a配合的示意图，请参考图9，图9与图6a的区别在于，将尖端部200替换为尖端部400，其中，尖端部400包括沿B方向排列的多个相邻设置的第二圆柱段(p1至p12)，每个第二圆柱段均以延伸轴线L为中心轴。并且，由第二圆柱段p12至第二圆柱段p1外径逐渐变大，即沿着A方向(自由端G5至尾端G6方向)，每相邻的两个第二圆柱段，后面一个第二圆柱段的外径大于前面一个第二圆柱段的外径，例如，第二圆柱段p3的外径大于第二圆柱段p4的外径。空心介质传输线74a内壁套设于第二圆柱段p4的圆周面上，但这仅是示例性地，可以根据空心介质传输线74a的内径大小，将该空心介质传输线74a套设于一个外径与其内径匹配的第二圆柱段上；从而，不同内径大小的空心介质传输线74a均可以与一个适当外径大小的第二圆柱段配合，适配更灵活，以便于后期维修时，可以更换不同型号的空心介质传输线；并且，空心介质传输线74a的内壁与第二圆柱段的圆周面具有较大的贴合面积，配合更牢固。并且，外径最大的第二圆柱段(如图9中的第二圆柱段p1)的外径d3满足以下条件：

其中，c表示真空下的光速，DK2表示介质模式转换结构73a的相对介电常数，fc表示空心介质传输线74a对应的电磁波截止工作频率，以确保频率高于截止工作频率fc的电磁波能够在尖端部400内传输。

在图9中，由第二圆柱段p4至第二圆柱段p12外径逐渐减小，基于与图6b中第一渐变段230与空心介质传输线74a配合类似的原理，尖端部400与空心介质传输线74a之间具有较好的阻抗匹配，插损较小。

需要说明的是，图5中尖端部100和尖端部200一一对应地形成介质模式转换结构73a的两个尖端部，以及，图9中尖端部100和尖端部400一一对应地形成介质模式转换结构73a的两个尖端部，都只是示例性地。只要介质模式转换结构73a的延伸轴线上的两端分别形成一个尖端部即可，其中，每个尖端部都可以是以上尖端部100、尖端部200和尖端部400中的一个的形式，或者，也可以是尖端部100、尖端部200和尖端部400以外的其他形式的尖端部。

以上，介质模式转换结构73a的每个尖端部都是以延伸轴线为旋转轴的旋转体，保证每个尖端部的每个横截面都是圆形，以便于与空心介质传输线74a或者金属连接器72a的圆形内壁配合。但在一些情况下，介质模式转换结构73a的每个尖端部的横截面可以不是标准圆形，例如，可以是椭圆。

并且，尖端部200与空心介质传输线74a配合，尖端部100与金属连接器72a配合，以及，尖端部400与空心介质传输线74a配合仅是示例性地，介质模式转换结构73a的每个尖端部只要与包括空心介质传输线74a和金属连接器72a等在内的任意一种空心信号传输线配合均可达到减少插损的目的。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种信号传输组件，其特征在于，包括：

介质模式转换结构，所述介质模式转换结构的延伸轴线上的两端分别形成一个尖端部；

与每个尖端部分别对应的空心信号传输线，每个尖端部的至少部分长度插接于对应的空心信号传输线中，且每个尖端部的侧面与对应的空心信号传输线的内壁抵接；

所述介质模式转换结构的相对介电常数分别大于或等于每个空心信号传输线的相对介电常数；

所述介质模式转换结构的两个尖端部之间形成有一个过渡圆柱段，其中，所述过渡圆柱段以所述延伸轴线为中心轴，且所述过渡圆柱段的圆周面分别与所述两个尖端部的侧面连接。

2.根据权利要求1所述的信号传输组件，其特征在于，每个尖端部为以所述延伸轴线为旋转轴的旋转体。

3.根据权利要求2所述的信号传输组件，其特征在于，每个尖端部具有远离另一个尖端部的自由端和靠近另一个尖端部的尾端；

在每个尖端部中，所述尖端部的自由端的外径小于所述尖端部的尾端的外径，由所述自由端至所述尾端的方向，每相邻两个横截面中，后面一个横截面的外径大于或等于前面一个横截面的外径。

4.根据权利要求3所述的信号传输组件，其特征在于，在至少一个尖端部中，

沿每个尖端部的自由端至尾端的方向，所述尖端部包括多个间隔分布的第一渐变段，且每个第一渐变段外径较小的一端朝向所述自由端；

每相邻两个第一渐变段之间设有一个第一圆柱段，每个第一圆柱段的圆周面与相邻的第一渐变段的侧面连接，其中，每个第一渐变段和每个第一圆柱段均以所述延伸轴线为中心轴；

与所述尖端部对应的空心信号传输线套设于其中一个第一圆柱段的圆周面。

5.根据权利要求4所述的信号传输组件，其特征在于，每个第一渐变段的母线为直线。

6.根据权利要求4或5所述的信号传输组件，其特征在于，每个包括第一圆柱段的尖端部中，外径最大的第一圆柱段的外径d1满足：

其中，fc表示所述尖端部配合的空心信号传输线对应的电磁波截止工作频率，c表示真空下的光速，DK2表示所述介质模式转换结构的相对介电常数。

7.根据权利要求3所述的信号传输组件，其特征在于，至少一个尖端部中，

每个尖端部形成一个第二渐变段，其中，所述第二渐变段外径较大的一端朝向另一个尖端部。

8.根据权利要求7所述的信号传输组件，其特征在于，所述第二渐变段为圆锥。

9.根据权利要求7或8所述的信号传输组件，其特征在于，所述第二渐变段的最大外径d2满足：

其中，fc表示所述尖端部配合的空心信号传输线对应的电磁波截止工作频率，c表示真空下的光速，DK2表示所述介质模式转换结构的相对介电常数。

10.根据权利要求7所述的信号传输组件，其特征在于，所述第二渐变段的侧面为曲面。

11.根据权利要求10所述的信号传输组件，其特征在于，所述曲面为凸面或者凹面。

12.根据权利要求10或11所述的信号传输组件，其特征在于，所述第二渐变段的母线为双曲线或者抛物线。

13.根据权利要求3所述的信号传输组件，其特征在于，在至少一个尖端部中，

沿每个尖端部的自由端至尾端的方向，所述尖端部包括多个相邻的第二圆柱段，且每相邻的两个第二圆柱段中，后面一个第二圆柱段的外径大于前面一个第二圆柱段的外径，其中，每个第二圆柱段均以所述延伸轴线为中心轴；

与所述尖端部对应的空心信号传输线套设于其中一个第二圆柱段的圆周面。

14.根据权利要求1所述的信号传输组件，其特征在于，与所述介质模式转换结构的一个尖端部对应的空心信号传输线为空心介质传输线；

与所述介质模式转换结构的另一个尖端部对应的空心信号传输线为金属圆波导。

15.根据权利要求14所述的信号传输组件，其特征在于，所述介质模式转换结构的材质为聚四氟乙烯、高密度聚乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯中的一种或几种的组合；

所述空心介质传输线的材质为聚四氟乙烯、高密度聚乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯中的一种或几种的组合；

所述金属圆波导的材质为铜、铝和银中的一种或几种的组合。

16.根据权利要求14或15所述的信号传输组件，其特征在于，所述信号传输组件还包括屏蔽层，所述屏蔽层至少包裹于所述空心介质传输线与所述介质模式转换结构相对应部分的表面；

且所述屏蔽层的相对介电常数小于或等于所述空心介质传输线的相对介电常数。

17.根据权利要求16所述的信号传输组件，其特征在于，所述屏蔽层为介质屏蔽层、金属屏蔽层；或者，

所述屏蔽层包括由内至外依次包裹于所述空心介质传输线表面的介质屏蔽层和金属屏蔽层。

18.根据权利要求17所述的信号传输组件，其特征在于，所述介质屏蔽层的材质为泡沫。

19.根据权利要求17所述的信号传输组件，其特征在于，所述金属屏蔽层为铜箔、铝箔或银箔。

20.根据权利要求1所述的信号传输组件，其特征在于，所述信号传输组件还包括第一信号收发模块和第二信号收发模块，其中，所述第一信号收发模块与一个空心信号传输线信号连接，所述第二信号收发模块与另一个空心信号传输线信号连接。

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