CN113904076B - 一种w波段具有镜频抑制特性的h面探针过渡结构 - Google Patents

一种w波段具有镜频抑制特性的h面探针过渡结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种W波段具有镜频抑制特性的H面探针过渡结构，包括第一波导结构、介质基片、微带探针、微带约束腔、镜频抑制结构、接地金属、金属过孔和第二波导结构，第一波导结构和第二波导结构同轴连接，两者之间垂直连接介质基片，微带探针、微带约束腔、镜频抑制结构和接地金属均设置于介质基片上靠第二波导结构一面，第二波导结构覆盖微带探针和镜频抑制结构，金属过孔贯穿介质基片、围绕第二波导结构底端面排布。介质基片、微带探针和微带约束腔共同构成探针过渡结构实现射频信号从波导到微带线的过渡功能。利用探针过渡结构和镜频抑制结构的共同作用可以实现射频信号从波导到微带线过渡的同时抑制镜频信号。

Description

一种W波段具有镜频抑制特性的H面探针过渡结构
技术领域
本发明涉及相控阵天线领域，尤其是一种W波段具有镜频抑制特性的H面探针过渡结构。
背景技术
近些年来，毫米波技术发展突飞猛进，人们对于毫米波电路的要求也越来越高。而在毫米波混频电路中，对于镜频信号的抑制是保证毫米波电路整体性能良好的关键一步，传统的毫米波电路需要在混频电路之前额外添加镜频抑制滤波器，但这个措施会增加成本、设计难度和空间。为此，本发明提出了一种W波段具有镜频抑制特性的H面探针过渡结构，该结构兼具探针过渡和镜频抑制的功能，应用到混频电路中可以省掉镜频抑制滤波器，节约成本和空间的同时简化整体结构。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对以往毫米波混频电路中需要额外增加镜频抑制滤波器的问题，提出了一种W波段具有镜频抑制特性的H面探针过渡结构，以兼具探针过渡和镜频抑制的功能，节约成本，减小设计难度和空间。
本发明采用的技术方案如下：
一种W波段具有镜频抑制特性的H面探针过渡结构，包括第一波导结构、探针过渡结构、镜频抑制结构、接地金属、金属过孔和第二波导结构，所述探针过渡结构包括靠所述第二波导结构一侧的微带探针；所述第一波导结构与所述第二波导结构同轴设置，所述探针过渡结构垂直连接于所述第一波导结构和第二波导结构之间；所述镜频抑制结构与所述接地金属均设置于所述探针过渡结构上，所述微带探针、镜频抑制结构、接地金属互不接触；所述第二波导结构的一面至少覆盖于所述微带探针和所述镜频抑制结构上，所述第二波导结构的另一面为短路面，所述第二波导结构的高度为四分之一波导波长，所述金属过孔密布于所述探针过渡结构上、沿所述第二波导结构靠所述微带探针一侧的端面周向排布；所述接地金属与所述金属过孔连接。
进一步的，所述微带探针包括依次连接的探针、阻抗匹配和微带线，所述探针、阻抗匹配和微带线位于同一平面上，所述平面垂直于所述第一波导结构和第二波导结构的轴向。
进一步的，所述微带探针沿其传输射频信号的方向成轴对称。
进一步的，所述探针过渡结构包括介质基片和微带约束腔，所述介质基片垂直连接于所述第一波导结构和第二波导结构之间，所述微带探针设置于所述介质基片上靠所述第二波导结构一侧表面，所述微带约束腔覆盖所述微带探针的微带线。
进一步的，所述微带探针、镜频抑制结构与所述接地金属均位于所述介质基片的同一侧。
进一步的，所述镜频抑制结构位于所述微带探针与所述接地金属之间。
进一步的，所述第一波导结构和所述第二波导结构分别为矩形波导、圆波导、脊波导或同轴波导中的一种。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明的W波段具有镜频抑制特性的H面探针过渡结构兼具探针过渡和镜频抑制的功能，应用到混频电路中可以省掉镜频抑制滤波器，节约成本和空间。
2、本发明的W波段具有镜频抑制特性的H面探针过渡结构具有结构简单、成本低、装配方便的特点，并且可以根据实际需要对镜频抑制结构的位置、尺寸进行调整以满足需求，设计灵活度高。
3、本发明的W波段具有镜频抑制特性的H面探针过渡结构可以扩展到其他波段，应用价值广泛。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本设计W波段具有镜频抑制特性的H面探针过渡结构的整体示意图。
图2是本设计W波段具有镜频抑制特性的H面探针过渡结构的各部件分解示意图。
图3是本设计W波段具有镜频抑制特性的H面探针过渡结构的俯视图。
图4是图3中省略第二波导结构的示意图。
图5是本设计W波段具有镜频抑制特性的H面探针过渡结构的W波段仿真结果图。
图中，1是第一波导结构，2是介质基片，3是微带探针，301是探针，302是阻抗匹配，303是微带线，4是微带约束腔，5是镜频抑制结构，6是接地金属，7是金属过孔，8是第二波导结构。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例一
如图1和图2所示，一种W波段具有镜频抑制特性的H面探针过渡结构包括成矩形波导状的第一波导结构1，在第一波导结构1的顶面垂直连接有介质基片2，第一波导结构1连接于介质基片2的中心位置。
如图4所示，在介质基片2的顶面，设置有微带探针3、镜频抑制结构5和接地金属6；其中，微带探针3位于介质基片2的中部，接地金属6位于介质基片2的边缘，镜频抑制结构5位于微带探针3与接地金属6之间，微带探针3、镜频抑制结构5和接地金属6三者之间互不接触。镜频抑制结构5原则上可以为任意具备镜频抑制效果的结构，例如图4中的矩形贴片形式的结构，或者其他一切等同效果的结构。在一些实施例中，接地金属6包围镜频抑制结构5的三面，而镜频抑制结构5的另一面为靠微带探针3的一面。
如图3所示，在介质基片2远离第一波导结构1的一面中部，连接有第二波导结构8，该第二波导结构8与第一波导结构1同轴设计，该第二波导结构8成倒角矩形状，该第二波导结构8远离介质基片2的一面为短路面，而其另一面为波导输入端口。该第二波导结构8覆盖于微带探针3、镜频抑制结构5和接地金属6上。
如图4所示，微带探针3包括探针301、阻抗匹配302和微带线303，微带探针3的三部分沿其传输射频信号的方向成轴对称，当然，此为优选结构设计，三者也可以设计为其他相互匹配的结构。所述第二波导结构8完全覆盖掉所述探针301、阻抗匹配302和所述镜频抑制结构5，覆盖掉部分接地金属6。在介质基片2上，还连接有微带约束腔4，该微带约束腔4覆盖于微带线303表面。贯穿介质基片2密布有金属过孔7，该金属过孔沿第二波导结构8底端面一周排布，即金属过孔包围探针301、阻抗匹配302和镜频抑制结构5，接地金属6与金属过孔7间存在连接，一方面可以防止射频信号泄露，另一方面与接地金属6共同保证过渡结构整体接地连续。
上述的介质基片2、微带探针3和微带约束腔4共同构成探针过渡结构，该探针过渡结构与镜频抑制结构5共同作用以实现射频信号从波导到微带线过渡的同时，抑制镜频信号。具体的，镜频抑制结构5的作用在于抑制镜频信号传输，保证后级混频电路的性能通过，通过调节镜频抑制结构5的尺寸和与微带探针3的相对位置，可以利用镜频抑制结构5和探针301的相互作用，在镜频频率范围内引入传输零点，达到镜频抑制效果。
如图5所示为对本实施例设计的W波段具有镜频抑制特性的H面探针过渡结构的W波段S参数仿真结果图，其中S11为输入回拨损耗曲线，S21为增益曲线。从图5可以看出，当混频电路中的本振信号F(LO)频率为88GHz，射频频率F(RF)范围为92-94GHz，中频频率F(IF)范围是4-6GHz，则对应的镜频频率F(IM)=2*F(LO)-F(RF)范围是82-84GHz。由图5的仿真结果可以看出，该W波段具有镜频抑制特性的H面探针过渡结构对82-84GHz的镜频信号抑制度（S21）大于15dB，对射频信号（92-94GHz）的衰减（S21）小于1dB，回波损耗大于15dB，具有良好的镜频抑制特性和良好的射频过渡性能。
实施例二
本实施例为在实施例一基础上进行的优化设计，具体的，在实施例一所设计的一种W波段具有镜频抑制特性的H面探针过渡结构基础上，将第二波导结构8的高度设计为四分之一波导波长，即波导波长的四分之一。
本实施例的设计，使得介质基片2、微带探针3和微带约束腔4共同构成的探针过渡结构处于射频能量最强处；进一步的，通过调节探针301和阻抗匹配302的尺寸、相对位置来实现阻抗匹配，实现射频信号的最大功率传输。
实施例三
本实施例所设计的一种W波段具有镜频抑制特性的H面探针过渡结构与实施例一大致相同，唯一不同之处在于，本实施例中，第一波导结构1和第二波导结构8的形状略有更改，前者不局限于矩形波导，可以为矩形波导、圆波导、脊波导或同轴波导中的一种，后者也不局限于倒角矩形波导（归于矩形波导），可以为矩形波导、圆波导、脊波导或同轴波导中的一种。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (4)

1.一种W波段具有镜频抑制特性的H面探针过渡结构，其特征在于，包括第一波导结构（1）、探针过渡结构、镜频抑制结构（5）、接地金属（6）、金属过孔（7）和第二波导结构（8），所述探针过渡结构包括靠所述第二波导结构（8）一侧的微带探针（3）；所述第一波导结构（1）与所述第二波导结构（8）同轴设置，所述探针过渡结构垂直连接于所述第一波导结构（1）和第二波导结构（8）之间；所述镜频抑制结构（5）与所述接地金属（6）均设置于所述探针过渡结构上，所述微带探针（3）、镜频抑制结构（5）、接地金属（6）互不接触；所述第二波导结构（8）的一面至少覆盖于所述微带探针（3）和所述镜频抑制结构（5）上，所述第二波导结构（8）的另一面为短路面，所述第二波导结构（8）的高度为四分之一波导波长，所述金属过孔（7）密布于所述探针过渡结构上、沿所述第二波导结构（8）靠所述微带探针（3）一侧的端面周向排布；所述接地金属（6）与所述金属过孔（7）连接；
所述探针过渡结构包括介质基片（2）和微带约束腔（4），所述介质基片（2）垂直连接于所述第一波导结构（1）和第二波导结构（8）之间，所述微带探针（3）设置于所述介质基片（2）上靠所述第二波导结构（8）一侧表面，所述微带约束腔（4）覆盖所述微带探针（3）的微带线（303）；
所述微带探针（3）、镜频抑制结构（5）与所述接地金属（6）均位于所述介质基片（2）的同一侧，所述镜频抑制结构（5）位于所述微带探针（3）与所述接地金属（6）之间。
2.如权利要求1所述的W波段具有镜频抑制特性的H面探针过渡结构，其特征在于，所述微带探针（3）包括依次连接的探针（301）、阻抗匹配（302）和所述微带线（303），所述探针（301）、阻抗匹配（302）和微带线（303）位于同一平面上，所述平面垂直于所述第一波导结构（1）和第二波导结构（8）的轴向。
3.如权利要求2所述的W波段具有镜频抑制特性的H面探针过渡结构，其特征在于，所述微带探针（3）沿其传输射频信号的方向成轴对称。
4.如权利要求1所述的W波段具有镜频抑制特性的H面探针过渡结构，其特征在于，所述第一波导结构（1）和所述第二波导结构（8）分别为矩形波导、圆波导、脊波导或同轴波导中的一种。
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