CN114039183A - 共面波导-矩形波导转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种共面波导‑矩形波导转换器，属于毫米波技术领域，包括包括依次叠设的第一金属接地板、第一介质基板、第二金属接地板、第二介质基板、第三金属接地板和矩形波导；其中，第一金属接地板、第一介质基板、第二金属接地板及对应的金属通孔组成绕双平行缝隙线的第一台阶过渡腔，第一金属接地板、第一介质基板、第二介质基板、第三金属接地板及对应的金属通孔组成绕矩形缝隙的谐振腔，第二金属接地板、第二介质基板、第三金属接地板及对应的金属通孔组成绕矩形电磁窗口的第二台阶过渡腔。如此可以有效地拓宽工作频带，减少损耗，抑制非预期的传输模式和频率，提升转换效率，整体转换结构体积较小，可以方便地集成在微带电路系统中。
Description
技术领域
本发明属于毫米波技术领域，更具体地说，是涉及一种共面波导-矩形波导转换器。
背景技术
共面波导-矩形波导转换器可以实现电信号由电路中平面传输到立体结构波导传输的一种转换结构，具有体积小、损耗低、频带宽、可靠性高等特点，广泛应用于毫米波领域。传统的缝隙耦合转换技术具有易制作等优点，但具有工作频带窄的缺点，在毫米波领域，随着频率的提高，介质选择受限和相应的加工精度会造成额外的损耗，限制了平面传输到立体波导传输转换的工作带宽。
发明内容
本发明的目的在于提供一种共面波导-矩形波导转换器，旨在解决传统的共面波导-矩形波导转换器由平面传输到立体波导传输转换时工作带宽较窄的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种共面波导-矩形波导转换器，包括依次叠设的第一金属接地板、第一介质基板、第二金属接地板、第二介质基板、第三金属接地板和矩形波导；其中，
所述第一金属接地板开设有双平行缝隙线，所述双平行缝隙线组成共面波导传输线结构，所述第二金属接地板开设有与所述双平行缝隙线至少部分重叠的矩形缝隙，所述第三金属接地板开设有与所述矩形缝隙至少部分重叠的矩形电磁窗口；
所述第一介质基板开设有对应分布于所述双平行缝隙线、所述矩形缝隙周围的多个金属通孔，所述第二介质基板开设有对应分布于所述矩形缝隙、所述矩形电磁窗口周围的多个金属通孔；
所述第一金属接地板、所述第一介质基板、所述第二金属接地板及对应的金属通孔组成绕所述双平行缝隙线的第一台阶过渡腔，所述第一金属接地板、所述第一介质基板、所述第二介质基板、所述第三金属接地板及对应的金属通孔组成绕所述矩形缝隙的谐振腔，所述第二金属接地板、所述第二介质基板、所述第三金属接地板及对应的金属通孔组成绕所述矩形电磁窗口的第二台阶过渡腔。
在一种可能的实现方式中，在所述矩形缝隙的覆盖范围内，所述第一介质基板对应地设有若干个金属通孔。
在一种可能的实现方式中，在所述矩形缝隙的覆盖范围内，所述第二介质基板对应地设有若干个金属通孔。
在一种可能的实现方式中，相邻的两个所述金属通孔间距大于等于所述金属通孔直径的三倍。
在一种可能的实现方式中，所述双平行缝隙线、所述矩形电磁窗口分别邻近所述矩形缝隙的长度两端。
在一种可能的实现方式中，所述矩形电磁窗口在所述矩形缝隙的覆盖范围内。
在一种可能的实现方式中，所述矩形电磁窗口与所述矩形缝隙共用所述第二介质基板上的金属通孔。
在一种可能的实现方式中，所述矩形电磁窗口具有长边和短边，所述长边的尺寸是所述短边的两倍。
在一种可能的实现方式中，所述矩形电磁窗口与所述矩形波导的中心重叠。
在一种可能的实现方式中，所述第三金属接地板面向所述矩形波导的一侧设有对位标记，所述矩形波导通过所述对位标记与所述矩形电磁窗口对准。
本发明提供的共面波导-矩形波导转换器至少具有以下技术效果：与传统技术相比，本发明提供的共面波导-矩形波导转换器，第一台阶过渡腔可以实现电信号由共面波导传输到集成波导传输的转换，第二台阶过渡腔可以实现电信号由集成波导传输到矩形波导传输的转换，如此可以有效地拓宽工作频带，减少损耗，并且，谐振腔可以实现集成波导传输时的频率选择及高次模抑制，抑制非预期的传输模式和频率，提升转换效率，整体转换结构体积较小，可以方便地集成在微带电路系统中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的共面波导-矩形波导转换器的爆炸示意图；
图2为本发明一实施例提供的共面波导-矩形波导转换器的剖面示意图；
图3为本发明一实施例中第一金属接地板上双平行缝隙线的示意图；
图4为本发明一实施例中共面波导-矩形波导转换器的损耗仿真结果图。
附图标记说明：
100、共面波导-矩形波导转换器
110、第一金属接地板 111、双平行缝隙线 120、第一介质基板
130、第二金属接地板 131、矩形缝隙 140、第二介质基板
150、第三金属接地板 151、矩形电磁窗口 160、矩形波导
170、金属通孔 181、第一台阶过渡腔 182、谐振腔
183、第二台阶过渡腔
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接于”、“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当元件被称为“设置于”、“设于”、“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中元件。“多个”指两个及以上数量。“若干个”指一个及以上数量。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
请一并参阅图1至图4，现对本发明实施例提供的共面波导-矩形波导转换器100进行说明。
请参阅图1至图3，本发明实施例提供了一种共面波导-矩形波导转换器100，包括依次叠设的第一金属接地板110、第一介质基板120、第二金属接地板130、第二介质基板140、第三金属接地板150和矩形波导160。
其中，第一金属接地板110开设有双平行缝隙线111，双平行缝隙线111组成共面波导传输线结构，第二金属接地板130开设有与双平行缝隙线111至少部分重叠的矩形缝隙131，第三金属接地板150开设有与矩形缝隙131至少部分重叠的矩形电磁窗口151。
第一介质基板120开设有对应分布于双平行缝隙线111、矩形缝隙131周围的多个金属通孔170，第二介质基板140开设有对应分布于矩形缝隙131、矩形电磁窗口周围的多个金属通孔170。
第一金属接地板110、第一介质基板120、第二金属接地板130及对应的金属通孔170组成绕双平行缝隙线111的第一台阶过渡腔181，第一金属接地板110、第一介质基板120、第二介质基板140、第三金属接地板150及对应的金属通孔170组成绕矩形缝隙131的谐振腔182，第二金属接地板130、第二介质基板140、第三金属接地板150及对应的金属通孔170组成绕矩形电磁窗口151的第二台阶过渡腔183。
需要说明的是，对于上述各结构的尺寸，需要根据第一介质基板120、第二介质基板140的介电常数、介质材料的厚度、工作频率，以及损耗仿真等来决定的，对此不做具体的限制，根据实际需求设计即可。
例如，第一金属接地板110、第二金属接地板130、第三金属接地板150的厚度可以是0.01mm，第一介质基板120、第二介质基板140的厚度可以是1mm，由加工工艺规则决定，第一介质基板120和第二介质基板140可以由Ferro A6M材料加工而成，可以支持毫米波频率。矩形波导160为标准矩形波导160，具体可以是WR10波导，长度为5mm，由工作频率决定。
在本发明实施例所提供的共面波导-矩形波导转换器100中，如图3所示，双平行缝隙线111即两条金属缝隙，组成共面波导传输线结构，用于传输平面集成电路馈电信号。双平行缝隙线111的尺寸由工作频率和加工工艺要求等决定，矩形缝隙131的尺寸由工作频率、介质基板厚度与介电常数等决定，矩形电磁窗口151由工作频率、谐振腔182尺寸等决定。双平行缝隙线111、矩形缝隙131、矩形电磁窗口151可以采用刻蚀的方式得到。
第一介质基板120、第二介质基板140均开设有特定排列的多个金属通孔170，可以实现第一金属接地板110、第二金属接地板130和第三金属接地板150之间的电气连接。金属通孔170除了使第一介质基板120、第二介质基板140保持同一电势之外，还具有等效集成波导侧壁的作用，即，第一介质基板120、第二介质基板140和金属通孔170构成了集成波导的上下面和侧壁。该特定排列顺序与集成波导的尺寸、谐振腔182的尺寸、工作频率等有关。
第一金属接地板110、第一介质基板120、第二金属接地板130及对应的金属通孔170组成绕双平行缝隙线111的第一台阶过渡腔181，可以实现电信号由共面波导传输到集成波导传输的转换。
第一金属接地板110、第一介质基板120、第二介质基板140、第三金属接地板150及对应的金属通孔170组成绕矩形缝隙131的谐振腔182，可以实现集成波导传输时的频率选择及高次模抑制。
第二金属接地板130、第二介质基板140、第三金属接地板150及对应的金属通孔170组成绕矩形电磁窗口151的第二台阶过渡腔183，可以实现电信号由集成波导传输到矩形波导160传输的转换。
本发明实施例提供的共面波导-矩形波导转换器100至少具有以下技术效果：与传统技术相比，本发明实施例提供的共面波导-矩形波导转换器100，第一台阶过渡腔181可以实现电信号由共面波导传输到集成波导传输的转换，第二台阶过渡腔183可以实现电信号由集成波导传输到矩形波导160传输的转换，如此可以有效地拓宽工作频带，减少损耗，并且，谐振腔182可以实现集成波导传输时的频率选择及高次模抑制，抑制非预期的传输模式和频率，提升转换效率，整体转换结构体积较小，可以方便地集成在微带电路系统中。
请参阅图1，在一些可能的实施方式中，在矩形缝隙131的覆盖范围内，第一介质基板120对应地设有若干个金属通孔170。可以理解的是，在矩形缝隙131的覆盖范围内，在第一介质基板120设置金属通孔170，金属通孔170可以在集成波导传输时抑制非预期的传输模式和频率起到积极作用，提升转换效率，进而有效地拓宽工作频带，减少损耗。
请参阅图1，在一些可能的实施方式中，在矩形缝隙131的覆盖范围内，第二介质基板140对应地设有若干个金属通孔170。可以理解的是，在矩形缝隙131的覆盖范围内，在第二介质基板140设置金属通孔170，金属通孔170可以在集成波导传输时抑制非预期的传输模式和频率起到积极作用，提升转换效率，进而有效地拓宽工作频带，减少损耗。
基于上述金属通孔170的任一设置方式，在一个具体的实施方式中，相邻的两个金属通孔170间距大于等于金属通孔170直径的三倍。本实施方式中，发明人考虑到如果金属通孔170距离太近则会导致应力问题，结合损耗仿真结果，将相邻的两个金属通孔170间距设置为大于等于金属通孔170直径的三倍，并且，相邻的两个金属通孔170间距大于等于工作波长的十分之一，如此可以减少损耗，防止破坏传输模式。例如，金属通孔170半径为0.06mm，间距大于等于0.36mm。
可以理解的是，不同介质基板的金属通孔170数量可能相同，也可能不相同，不同介质基板的金属通孔170间距可能相同，也可能不同，根据工作频率、工作波长、集成波导、整体尺寸等设计。
请参阅图1，在一些可能的实施方式中，双平行缝隙线111、矩形电磁窗口151分别邻近矩形缝隙131的长度两端。具体而言，双平行缝隙线111自第一金属接地板110的一端开始向内延伸，矩形缝隙131自第二金属接地板130与双平行缝隙线111部分重叠的位置向内延伸，矩形电磁窗口151自远离双平行缝隙线111且与矩形缝隙131重叠的位置向边缘延伸，如此有利于实现满足工作频带较宽、损耗较小要求的共面波导、集成波导、矩形波导160。
基于上述矩形电磁窗口151与矩形缝隙131的任一设置方式，请参阅图1和图2，在一个具体的实施方式中，矩形电磁窗口151在矩形缝隙131的覆盖范围内。本实施方式中，矩形缝隙131完全将矩形电磁窗口151覆盖，能够更大程度地实现电信号由集成波导到矩形波导160传输的转换。
基于上述矩形电磁窗口151与矩形缝隙131的任一设置方式，请参阅图1和图2，在一个具体的实施方式中，矩形电磁窗口151与矩形缝隙131共用第二介质基板140上的金属通孔170。可以理解为，第二介质基板140上的金属通孔170可以实现第二金属接地板130和第三金属接地板150的电气连接，且绕矩形电磁窗口151的金属通孔170同样地绕矩形缝隙131设置，无需单独为矩形电磁窗口151配置金属通孔170，减少了金属通孔170的分布，满足开孔的应力要求，保证整体结构强度。
请参阅图1，在一些可能的实施方式中，矩形电磁窗口151具有长边和短边，长边的尺寸是短边的两倍。可以理解的是，矩形电磁窗口151的尺寸要求由工作频率、谐振腔182决定，如此设置，可以满足集成波导至矩形波导160的高效率转换，有效地拓宽工作频带，减少损耗。当然，还可以是其他尺寸，并不局限于此。
请参阅图1和图2，在一些可能的实施方式中，矩形电磁窗口151与矩形波导160的中心重叠。具体而言，矩形电磁窗口151位于矩形波导160的中心位置，二者中心重叠，有利于集成波导至矩形波导160的高效率转换，能够有效地拓宽工作频带，减少损耗。
基于上述矩形电磁窗口151的任一设置方式，在一个具体的实施方式中，第三金属接地板150面向矩形波导160的一侧设有对位标记，矩形波导160通过对位标记与矩形电磁窗口151对准。本实施方式中，对位标记设置在第三金属接地板150与矩形波导160的对接位置，根据该对位标记可以直接准确地将矩形波导160通过导电胶粘接于第三金属接地板150，实现快速准确的安装效果。对位标记可以是槽、点、数字、字母等类型。
基于上述实施例的描述，请参阅图4所示的损耗仿真结果图，可以看出，损耗较低。
可以理解的是，上述实施例中的各部分可以进行自由地组合或删减以形成不同的组合实施例，在此不再赘述各个组合实施例的具体内容，在此说明之后，可以认为本发明说明书已经记载了各个组合实施例，能够支持不同的组合实施例。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.共面波导-矩形波导转换器，其特征在于，包括依次叠设的第一金属接地板、第一介质基板、第二金属接地板、第二介质基板、第三金属接地板和矩形波导；其中，
所述第一金属接地板开设有双平行缝隙线，所述双平行缝隙线组成共面波导传输线结构，所述第二金属接地板开设有与所述双平行缝隙线至少部分重叠的矩形缝隙，所述第三金属接地板开设有与所述矩形缝隙至少部分重叠的矩形电磁窗口；
所述第一介质基板开设有对应分布于所述双平行缝隙线、所述矩形缝隙周围的多个金属通孔，所述第二介质基板开设有对应分布于所述矩形缝隙、所述矩形电磁窗口周围的多个金属通孔；
所述第一金属接地板、所述第一介质基板、所述第二金属接地板及对应的金属通孔组成绕所述双平行缝隙线的第一台阶过渡腔，所述第一金属接地板、所述第一介质基板、所述第二介质基板、所述第三金属接地板及对应的金属通孔组成绕所述矩形缝隙的谐振腔，所述第二金属接地板、所述第二介质基板、所述第三金属接地板及对应的金属通孔组成绕所述矩形电磁窗口的第二台阶过渡腔。
2.如权利要求1所述的共面波导-矩形波导转换器，其特征在于，在所述矩形缝隙的覆盖范围内，所述第一介质基板对应地设有若干个金属通孔。
3.如权利要求1所述的共面波导-矩形波导转换器，其特征在于，在所述矩形缝隙的覆盖范围内，所述第二介质基板对应地设有若干个金属通孔。
4.如权利要求1至3任一项所述的共面波导-矩形波导转换器，其特征在于，相邻的两个所述金属通孔间距大于等于所述金属通孔直径的三倍。
5.如权利要求1所述的共面波导-矩形波导转换器，其特征在于，所述双平行缝隙线、所述矩形电磁窗口分别邻近所述矩形缝隙的长度两端。
6.如权利要求1或5所述的共面波导-矩形波导转换器，其特征在于，所述矩形电磁窗口在所述矩形缝隙的覆盖范围内。
7.如权利要求1或5所述的共面波导-矩形波导转换器，其特征在于，所述矩形电磁窗口与所述矩形缝隙共用所述第二介质基板上的金属通孔。
8.如权利要求1所述的共面波导-矩形波导转换器，其特征在于，所述矩形电磁窗口具有长边和短边，所述长边的尺寸是所述短边的两倍。
9.如权利要求1所述的共面波导-矩形波导转换器，其特征在于，所述矩形电磁窗口与所述矩形波导的中心重叠。
10.如权利要求1、8、9任一项所述的共面波导-矩形波导转换器，其特征在于，所述第三金属接地板面向所述矩形波导的一侧设有对位标记，所述矩形波导通过所述对位标记与所述矩形电磁窗口对准。
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