CN114050392B - 功率合成器、高频模块和雷达物位计 - Google Patents

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Abstract

本文公开一种功率合成器、高频模块和雷达物位计。功率合成器包括功率合成环、多个输入端口、一个输出端口和至少一个隔离端口，多个所述输入端口、所述输出端口和至少一个所述隔离端口均连接至所述功率合成环，所述隔离端口上设有吸波材料。功率合成器的损耗低、频带宽，且适用于高频信号。

Description

功率合成器、高频模块和雷达物位计
技术领域
本文涉及但不限于物位计领域，特别涉及一种功率合成器、高频模块和雷达物位计。
背景技术
雷达物位计是基于时间行程原理的测量仪表，雷达波以光速运行，当雷达波遇到物料表面时反射回来被仪表接收，雷达波的运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。
为解决信号源输出功率小的问题，雷达物位计中会包括功率合成器，但是现有的功率合成器的损耗大，使用频带窄，且多用于低频，不能满足高频情况下的使用需求。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。
本申请实施例提供一种功率合成器、高频模块和雷达物位计，该功率合成器的效率高，且适用于高频。
一种功率合成器，包括功率合成环、多个输入端口、一个输出端口和至少一个隔离端口，多个所述输入端口、所述输出端口和至少一个所述隔离端口均连接至所述功率合成环，所述隔离端口上设有吸波材料。
一种高频模块，包括波导装置和上述的功率合成器，所述波导装置包括固定连接的第一波导装置和第二波导装置，所述功率合成器设置在所述第一波导装置的靠近所述第二波导装置的第一端面以及所述第二波导装置的靠近所述第一波导装置的第二端面上，所述第一波导装置和所述第二波导装置至少之一上设有第一导波通路，所述功率合成器的输出端口与所述第一导波通路连接。
一种雷达物位计，包括上述的高频模块。
本申请实施例的功率合成器，包括功率合成环及与功率合成环相连的输入端口、输出端口和隔离端口，多路电磁波由输入端口进入功率合成环，再经由输出端口输出，即实现将多路输入信号能量合成一路信号能量输出的功率合成效果。在隔离端口上设置有吸波材料，一方面吸波材料可替代匹配阻抗，通过吸波材料可获得阻抗匹配，另一方面可避免电磁波从隔离端口处泄露。该功率合成器的损耗低、频带宽，且适用于高频(70-90GHz)电磁波的合成。
本申请实施例的高频模块，在波导装置上设置有第一导波通路，用于与功率合成器的输出端口相连，使合成后的电磁波进行向后传递，电磁波经导波通路进入后续天线中。
本申请实施例的雷达物位计，可靠性高，工作效率高，适用70-90GHz的宽频带，实用性强。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。
附图说明
图1为本申请一实施例的功率合成器的结构示意图；
图2为本申请一实施例的功率合成器和定向耦合器的连接结构示意图；
图2a为图2的A-A向剖视结构示意图；
图3为本申请一实施例的高频模块的分解结构示意图；
图4为本申请一实施例的高频模块的剖视结构示意图；
图5为本申请一实施例的矩形波导转圆波导结构的示意图；
图6为本申请一实施例的高频芯片的结构示意图；
图7为本申请一实施例的雷达物位计的剖视结构示意图；
图8为本申请一实施例的雷达物位计的局部结构的分解示意图；
图9为本申请另一实施例的功率合成器和定向耦合器的连接结构示意图；
图10为本申请另一实施例的高频模块的分解结构示意图；
图11为本申请另一实施例的高频模块的剖视结构示意图；
图12为本申请另一实施例的雷达物位计的局部结构的分解示意图；
图13为本申请另一实施例的雷达物位计的局部结构的剖视示意图；
图14为本申请一实施例的雷达物位计的结构框图；
图15为本申请一实施例的雷达物位计的天线装置的剖视示意图一；
图15a为图15中B部结构的放大图；
图16为本申请一实施例的天线装置的阻抗匹配器的另一种结构的示意图；
图17为本申请一实施例的雷达物位计的局部结构的剖视示意图；
图17a为图17中C部结构的放大示意图；
图18为本申请另一实施例的雷达物位计的局部结构的剖视示意图；
图18a为图18中D部结构的放大示意图。
图19为本申请一实施例的微带-波导转换器的结构示意图；
图20为本申请一实施例的微带-波导转换器的剖视示意图；
图21为本申请一实施例的匹配节的结构示意图一；
图22为本申请一实施例的微带-波导转换器的仿真结果的示意图；
图23为本申请一实施例的匹配节的结构示意图二；
图24为本申请一实施例的匹配节的结构示意图三。
附图标记为：
1-功率合成器，11-功率合成环，12-输入端口，121-第一直角弯头，122-第一过渡段，123-第一阶梯面，13-输出端口，14-隔离端口，15-吸波材料，2-高频模块，21-第一波导装置，211-第一波导腔，22-第二波导装置，221-第二波导腔，23-第一导波通路，231-第三过渡段，232-波导转换装置，234-第二导波通路，24-定向耦合器，241-接收端口，242-第二直角弯头，243-第二过渡段，244-第二阶梯面，25-基板，251-高频板，252-高频复合板，253-波导腔，26-密封圈，27-短路块，271-谐振腔，272-避让孔，28-固定螺钉，29-高频芯片，291-发射端，292-接收端，293-微带-波导转换器，
3-雷达物位计，
30-表壳，301-止挡台阶，
31-喇叭天线，311-第三导波通路，312-台阶支撑面，313-第一侧密封面，314-锥形面，
32-透镜天线，33-电源板，34-电路板，
35-波导体，351-第五导波通路，3511-第一柱形腔，3512-第一锥形腔，352-环形凸筋，
36-波导密封件，361-密封隔离部，362-第一导波段，3621-第一锥形过渡段，3622-第一柱形段，363-第二导波段，3631-第二锥形过渡段，3632-第二柱形段，364-环形侧壁，365-止挡凸筋，
37-天线插头，371-第四导波通路，3711-第二柱形腔，3712-第二锥形腔，372-台阶配合面，373-第二侧密封面，
38-阻抗匹配器，381-第一匹配尖，382-第二匹配尖，383-分隔部，384-密封固定部，385-固定部，
39-密封胶，
4-微带线，41-带状线，411-第一带状线，412-第二带状线，42-匹配节，421-第一匹配部分，422-第二匹配部分，423-第一切边，424-第二切边，425-第三切边。
具体实施方式
下文中将结合附图对本申请的实施例进行描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
实施例一
本申请实施例提供了一种功率合成器1，如图1和图2所示，功率合成器1包括功率合成环11、多个输入端口12、一个输出端口13和至少一个隔离端口14，多个输入端口12、输出端口13和至少一个隔离端口14均连接至功率合成环11，隔离端口14上设有吸波材料15。
多个输入端口12可分别与高频芯片29的发射端291(具体描述见下文)相连，高频芯片29的发射端291发出电磁波，电磁波经多个输入端口12进入功率合成环11中进行功率合成，将多路输入信号能量合成一路信号能量，并经输出端口13输出，以增大信号源的输出功率，满足大功率信号的场景需求。功率合成环11上还连接有隔离端口14，隔离端口14上设置有吸波材料15，一方面吸波材料15可替代匹配阻抗，通过吸波材料15可获得阻抗匹配，另一方面可避免电磁波从隔离端口14处泄露。
一些示例性实施例中，如图1和图2所示，隔离端口14上的吸波材料15呈劈尖状或楔形状。当然，可根据阻抗匹配需要，调整吸波材料15的形状。
一些示例性实施例中，如图1和图2所示，输出端口13沿功率合成环11的径向延伸，多个输入端口12关于输出端口13对称设置，隔离端口14设置有多个并关于输出端口13对称设置，且多个输入端口12靠近输出端口13设置，多个隔离端口14远离输出端口13设置。
输出端口13、输入端口12和隔离端口14以功率合成环11为中心呈放射状分布，且多个输入端口12以输出端口13为中心线对称分布，多个隔离端口14以输出端口13为中心线对称分布。输入端口12靠近输出端口13，隔离端口14相对远离输出端口13。
应当理解的是，输出端口13可以是通过功率合成环11(中心点)的径向直线，隔离端口14可以是通过功率合成环11(中心点)的径向直线；而输入端口12可以是非标准直线，例如为如图1中所示的可包括直线部分和曲线部分。
一些示例性实施例中，如图1和图2所示，输入端口12和隔离端口14均设置有两个，且两个输入端口12位于两个隔离端口14与输出端口13之间。
即，在功率合成环11上共有五个节点：两个输入端口12、两个隔离端口14和一个输出端口13。输入端口12与隔离端口14均以输出端口13为中心线对称分布，且输入端口12位于隔离端口14和输出端口13之间。其中，隔离端口14与相邻的输入端口12之间的夹角可为60°，输入端口12与输出端口13之间的夹角可为60°。
应当理解的是，输入端口12和隔离端口14也可以是其他数量，隔离端口14与相邻的输入端口12之间的夹角、输入端口12与输出端口13之间的夹角可以为其他角度，可根据实际需要调整，本申请对此并不限制。
一些示例性实施例中，如图1-图2a所示，输入端口12的输入端设有第一直角弯头121，第一直角弯头121的外壁面上设有阶梯型的第一过渡段122。阶梯型的第一过渡段122包括多个阶梯面，相邻阶梯面之间相互垂直。功率合成器1的第一过渡段122包括靠近功率合成器1的输入端口12的输入端(图2a中的下端)的第一阶梯面123。
通过设置阶梯型的过渡段，可以实现电磁波方向的转换，以将沿图2a中竖直方向传递的电磁波转换至沿图2a中水平方向传递，实现电磁波方向的90°转换。
一些示例性实施例中，该功率合成器1可为H面波导功率合成器，其输入端口12的第一直角弯头121可为H面波导第一直角弯头。该功率合成器1的工作频带为70-90GHz。
本申请实施例提供了一种高频模块2，如图3和图4所示，高频模块2包括波导装置和前述的功率合成器1，波导装置包括第一波导装置21和第二波导装置22，第一波导装置21和第二波导装置22相固定，功率合成器1设置在第一波导装置21的靠近第二波导装置22的第一端面以及第二波导装置22的靠近第一波导装置21的第二端面上，第一波导装置21和第二波导装置22至少之一上设有第一导波通路23，功率合成器1的输出端口13与第一导波通路23连接。
第一波导装置21和第二波导装置22形成壳体结构，功率合成器1设置在该壳体结构中，该壳体结构中还形成有第一导波通路23，功率合成器1的输出端口13与第一导波通路23连接，形成电磁波继续传播的通路。
一些示例性实施例中，波导装置的第一波导装置21和第二波导装置22可通过铸造成型。如图2a所示，功率合成器1的第一过渡段122的第一阶梯面123为第一波导装置21和第二波导装置22的分型面(如图2a中的虚线所示，即第一波导装置21的靠近第二波导装置22的第一端面、第二波导装置22的靠近第一波导装置21的第二端面)，以便在第一波导装置21和第二波导装置22上成型功率合成器1。
一些示例性实施例中，如图2、图3和图4所示，高频模块2还包括定向耦合器24，定向耦合器24设置在第一波导装置21的第一端面和第二波导装置22的第二端面上，定向耦合器24包括四个端口，其中第一个端口为输入端口12并与功率合成器1的输出端口13连接，第二个端口为输出端口13并与第一导波通路23连接，第三个端口为接收端口241，第四个端口上设有吸波材料15。
定向耦合器24的第一个端口与功率合成器1的输出端口13相连，用于接收来自功率合成器1的输出功率；第二个端口与第一导波通路23相连，将输出的电磁波经第一导波通路23继续向后传递；第三个端口为接收端口241，可接收反射的电磁波，并将电磁破传递至高频芯片29的接收端292；第四个端口上设置有吸波材料15，该吸波材料15可呈劈尖状或楔形状，以进行阻抗匹配以及防止电磁波泄露。
设置定向耦合器24，可用于对规定流向微波信号进行取样，可起到功率监测、源输出功率稳幅等多项作用。
一些示例性实施例中，如图2和图2a所示，定向耦合器24为H面波导定向耦合器，定向耦合器24的接收端口241设有第二直角弯头242，第二直角弯头242的外壁面上设有阶梯型的第二过渡段243，阶梯型的第二过渡段243包括多个阶梯面，相邻阶梯面之间相互垂直。
第二过渡段243包括靠近定向耦合器24的接收端口241的接收端(图2a中的下端)的第二阶梯面244，第二阶梯面244为第一波导装置21和第二波导装置22的分型面(如图2a中的虚线所示)，以便在第一波导装置21和第二波导装置22上成型定向耦合器24。同为第一波导装置21和第二波导装置22的分型面的第一阶梯面123和第二阶梯面244共面。
进一步，第一波导装置21和第二波导装置22的分型面还可过第一导波通路23的中心线，过H面功率合成器和H面波导定向耦合器的H面高度的中点。
一些示例性实施例中，如图2和图5所示，第一导波通路23的与定向耦合器24连接的一端为矩形状，第一导波通路23的另一端为圆形状，第一导波通路23的靠近定向耦合器24的一端的侧壁面上设有阶梯状的第三过渡段231。
通过在第一导波通路23的靠近定向耦合器24的一端的侧壁面上设置有阶梯状的第三过渡段231，将矩形状的第一导波通路23转换为圆形状的第一导波通路23，实现由矩形波导到圆波导的转换。如图5所示，第三过渡段231包括多个竖向的阶梯面，每个阶梯面的长度(沿图5中的上下方向)可设置为电磁波波长的四分之一。
一些示例性实施例中，如图3和图4所示，第一波导装置21的靠近第二波导装置22的第一端面以及第二波导装置22的靠近第一波导装置21的第二端面上分别设有第一波导腔211和第二波导腔221，以形成第一导波通路23。第一导波通路23沿波导装置的长度方向(图3和图4中的上下方向)延伸。
即，波导装置整体竖直放置，第一波导装置21和第二波导装置22可竖直放置，并前后(或左右)相对设置，第一波导装置21和第二波导装置22可通过固定螺钉28固定，功率合成器1、定向耦合器24和第一导波通路23可沿波导装置的长度方向依次设置。
一些示例性实施例中，如图3、图4和图6所示，高频模块2包括高频芯片29，高频芯片29具有接收端292和多个发射端291，多个发射端291设置为选择性地使用。功率合成器1的输入端口12设置成接收高频芯片291的发射端291向外辐射的电磁波，高频芯片29的接收端292设置成接收反射的电磁波。
如图6所示，高频芯片29具有三个发射端291(图14中的发射1、发射2和发射3)，可选择性使用的其中的两个发射端291(图14中的发射1和发射2)，两个发射端291发生的电磁波信号可分别传递至功率合成器1的两个输入端口12，电磁波信号经功率合成器1进行功率合成，将多路输入信号能量合成一路信号能量，并经输出端口13输出，以增大信号源的输出功率。经功率合成器1合成后的信号可传递至定向耦合器24，并从定向耦合器24传递至第一导波通路23。
反射的电磁波信号可被定向耦合器24的接收端口241接收，进而传递至高频芯片29的接收端292。
如图7和图8所示，本申请实施例提供了一种雷达物位计3，雷达物位计3包括前述的高频模块2。
实施例二
本申请实施例提供了一种高频模块2，本申请实施例中的高频模块2与实施例一中主体结构相同，此处仅描述二者的不同之处。本申请中的高频模块2与实施例一的主要区别在于：第一导波通路23及波导转换装置232。
一些示例性实施例中，如图10和图11所示，第一导波通路23设置在第一波导装置21和第二波导装置22中的一个上，并沿波导装置的厚度方向朝远离第一波导装置21和第二波导装置22中另一个的方向延伸。
其中，如图10和图11所示，第一波导装置21和第二波导装置22可横向设置，且第一波导装置21可为与第二波导装置22的上方，第一导波通路23可设置在第二波导装置22内，并向下延伸。即，第一导波通路23沿波导装置的厚度方向(即图10和图11中的上下方向)延伸。
功率合成器1设置在第一波导装置21的靠近第二波导装置22的第一端面(即上端面)以及第二波导装置22的靠近第一波导装置21的第二端面(即下端面)上，定向耦合器24也设置在第一波导装置21的第一端面和第二波导装置22的第二端面上，功率合成器1和定向耦合器24的形状如图9和图10所示。
一些示例性实施例中，如图10和图11所示，高频模块2还包括波导转换装置232，波导转换装置232内设有第二导波通路233，第二导波通路233的一端与第一导波通路23连接，且呈矩形状，第二导波通路233的另一端为圆形状，第二导波通路233的靠近第一导波通路23的一端的侧壁面上设有阶梯状的第三过渡段231。该第三过渡段231的形状可与图5中第三过渡段231的形状相同，实现由矩形波导到圆波导的转换。
如图12和图13所示，本实施例还提供了一种雷达物位计3，包括上述的高频模块2。
实施例三：
本实施例提供了一种雷达物位计3，除包括高频模块2外，还可包括电源板33、电路板34、天线装置等。高频模块2用于发射电磁波并接收反射的电磁波；功率合成器1用于将多路输入信号能量合成一路信号能量输出，以增大信号的输出功率；天线装置用于将电磁波向外界释放以进行测量。
如图15和图15a所示，天线装置包括透镜天线32、喇叭天线31、天线插头37和阻抗匹配器38，喇叭天线31内设有锥形的第三导波通路311，天线插头37的一端插入喇叭天线31内，天线插头37内设有第四导波通路371，阻抗匹配器38设置在喇叭天线31和天线插头37之间，阻抗匹配器38包括第一匹配尖381和第二匹配尖382，第一匹配尖381和第二匹配尖382均呈锥形，并分别伸入第三导波通路311和第四导波通路371内。
电磁波依次经过第四导波通路371、第二匹配尖382、第一匹配尖381、第三导波通路311后，继续传递至后续零部件(如：透镜天线32)中。第一匹配尖381和第二匹配尖382设置为锥形，能够实现阻抗匹配，大幅减少电磁波从阻抗匹配器38进入第三导波通路311时产生的反射现象，以及大幅减少电磁波从第四导波通路371进入第二匹配尖382时产生的反射现象，避免对电磁波测量信号产生干扰。并且，锥形的第一匹配尖381和第二匹配尖382的设置，便于第一匹配尖381插入第三导波通路311，以及第二第二匹配尖382插入第四导波通路371，使得喇叭天线31、阻抗匹配器38和天线插头37三者之间的装配方便。
第四导波通路371与第二匹配尖382配合的端部，可以设置为锥形开口，进一步方便第二匹配尖382插入第四导波通路371中。
一些示例性实施例中，如图16所示，第一匹配尖381的底端(与尖端相对)的直径φ7大于第二匹配尖382的底端的直径φ8，第一匹配尖381的锥角θ7大于第二匹配尖382的锥角θ8，第一匹配尖381的高度H3大于或等于第二匹配尖382的高度H4。
电磁波进入阻抗匹配器38中后，经第一匹配尖381传递至第三导波通路311中，第一匹配尖381的锥角θ7、底端直径φ7、高度H3分别大于第二匹配尖382的锥角θ8、底端直径φ8、高度H4，使第一匹配尖381的电磁波发散射出，与后续的透镜天线32配合，进而使天线装置最终发出的电磁波平行向下方射出。
另一些示例性实施例中，如图15a所示，第一匹配尖381和第二匹配尖382可对称设置，使得第一匹配尖381的锥角θ7、底端直径φ7、高度H3分别等于第二匹配尖382的锥角θ8、底端直径φ8、高度H4。
一些示例性实施例中，如图15a和图16所示，阻抗匹配器38还包括分隔部383和密封固定部384，第一匹配尖381和第二匹配尖382分别设于分隔部383的两侧，密封固定部384呈环形，且密封固定部384的第一端(图15a和图16中的下端)与分隔部383的周边连接，密封固定部384的第二端(图15a和图16中的上端)朝向第二匹配尖382所在的一侧延伸，密封固定部384夹紧固定在喇叭天线31和天线插头37之间，并将喇叭天线31和天线插头37密封隔离。
分隔部383将第三导波通路311和第四导波通路371进行分隔，且第一匹配尖381和第二匹配尖382分别设于分隔部383的上下两侧。分隔部383的外边缘上设置有密封固定部384，且密封固定部384朝向第二匹配尖382所在的一侧延伸，即，第二匹配尖382位于环形的密封固定部384中间。在径向上，密封固定部384设置在喇叭天线31和天线插头37之间，密封固定部384与分隔部383一同将第三导波通路311和第四导波通路371进行分隔，有利于实现包括该天线装置的雷达物位计的防爆。
一些示例性实施例中，如图15a所示，喇叭天线31的内壁面包括台阶支撑面312，天线插头37的外壁面包括台阶配合面372，台阶配合面372支撑在台阶支撑面312上，台阶支撑面312的内边缘设有倒角；密封固定部384的第二端设有凸出的固定部385，固定部385支撑在倒角处并被台阶配合面372压紧。
天线插头37的台阶配合面372抵接在喇叭天线31的台阶支撑面312上，实现对天线插头37的限位支撑。密封固定部384的第二端(即远离分隔部383的一端)设置有固定部385，固定部385安装在台阶支撑面312的倒角处，且固定部385具有与倒角相适配的斜面，台阶配合面372抵接在台阶支撑面312上的同时对固定部385进行压紧固定。
一些示例性实施例中，如图15a所示，喇叭天线31的内壁面还包括位于台阶支撑面312的靠近分隔部383一侧(图15a中的下侧)的第一侧密封面313，天线插头37的外壁面还包括位于台阶配合面372的靠近分隔部383一侧(图15a中的下侧)的第二侧密封面373，密封固定部384为侧密封部，并夹紧在天线插头37的第二侧密封面373和喇叭天线31的第一侧密封面313之间。
即，喇叭天线31的第一侧密封面313与天线插头37的第二侧密封面373之间形成的间隙，与阻抗匹配器38的密封固定部384之间为过盈配合，以实现对此处间隙的密封，避免灰尘等杂质经间隙进入天线装置内部。
此外，密封固定部384夹紧在天线插头37的第二侧密封面373和喇叭天线31的第一侧密封面313之间，该侧密封的方式可降低对阻抗匹配器38的轴向支撑的强度的需求，使得阻抗匹配器38可通过将固定部385夹紧在台阶支撑面312的倒角和台阶配合面372之间实现固定。
一些示例性实施例中，如图15a所示，喇叭天线31的内壁面还包括位于第一侧密封面313的远离台阶支撑面312一侧(图15a中的下侧)的锥形面314，该锥形面314内形成第三导波通路311。
锥形面314的靠近第一侧密封面313的一侧(图15a中的上侧)设置成与密封固定部384的外侧壁面或者分隔部383的外侧壁面接触，使分隔部383至少部分位于第三导波通路311内，分隔部383与天线插头37之间具有间隙。
相比于将锥形面314的上侧设置成与分隔部383的下端面接触，锥形面314的上侧设置成与密封固定部384的外侧壁面或者分隔部383的外侧壁面接触，使得锥形面314内的第三导波通路311的上端开口面积较大，大于第四导波通路371的下端开口面积，有利于电磁波更多地进入第三导波通路311，此外，还有利于在保证喇叭天线31的口面大小相等的情况下，缩小喇叭天线31的长度，以降低材料成本，减小天线装置的体积。当然，也可以将锥形面314的靠近第一侧密封面313的一侧(图15a中的上侧)设置成与天线插头37配合夹紧分隔部383。
在轴向上，分隔部383与天线插头37之间具有间隙，通过此处的间隙保证台阶配合面372能够可靠地抵接在台阶支撑面312上，并夹紧固定部385。
一些示例性实施例中，如图15和图15a所示，天线装置还包括波导体35和波导密封件36，波导体35内设有第五导波通路351，并设置于天线插头37的远离第三导波通路311的一侧(图15和图15a中上侧)，波导密封件36设置于波导体35和天线插头37之间、并将波导体35和天线插头37密封隔离。
波导密封件36包括密封隔离部361、以及分别设置于密封隔离部361两侧的第一导波段362和第二导波段363，密封隔离部361将第四导波通路371和第五导波通路351密封隔离，第一导波段362伸入第四导波通路371内，第二导波段363伸入第五导波通路351内。
波导体35上方连接高频模块2，高频模块2发出的电磁波，经波导体35、波导密封件36、天线插头37、阻抗匹配器38、喇叭天线31后，经由透镜天线32射出。波导密封件36还可包括环形密封部(即环形侧壁364)，环形密封部与密封隔离部361的周边连接，且环形密封部朝上下两侧延伸，即，密封隔离部361、第一导波段362和第二导波段363均设置在环形密封部中间。
一些示例性实施例中，如图15a所示，第一导波段362和第二导波段363均呈锥形，且对称设置。
第一导波段362设置为锥形，能够大幅减少电磁波从波导密封件36进入第四导波通路371时产生的反射现象，避免对电磁波信号产生干扰。第二导波段363设置为锥形，能够大幅减少电磁波从第五导波通路351进入波导密封件36时产生的反射现象，避免对初始的电磁波信号产生干扰。并且，锥形的第一导波段362和第二导波段363便于波导密封件36的装配：第一导波段362和第二导波段363的锥形尖端部位能够方便地进入第四导波通路371和第五导波通路351中，而不会发生碰撞，有效的保护了第一导波段362和第二导波段363的完好性。
第四导波通路371与第一导波段362配合的端部(即图15a中的上端)，可以设置为锥形开口，进一步方便第一导波段362插入第四导波通路371中。第五导波通路351与第二导波段363配合的端部(即图15a中的下端)，可以设置为锥形开口，进一步方便第二导波段363插入第五导波通路351中。此外，第四导波通路371端部的锥形开口以及第五导波通路351端部的锥形开口可以避免电磁波能量集中，有利于减少反射。
如图17和图17a所示，波导体35、天线插头37和波导密封件36可形成波导组件，波导体35内设有用于定向引导电磁波的第五导波通路351，天线插头37内设有定向引导电磁波的第四导波通路371，且波导体35可位于天线插头37的上方，波导体35的第一端(图17a中的下端)和天线插头37的第一端(图17a中的上端)邻近，波导密封件36设置于波导体35和天线插头37之间、并将波导体35的第一端密封，且波导密封件36采用绝缘材料制成。这样，通过波导密封件36实现波导体35和天线插头37之间的绝缘以及密封，确保雷达物位计的工作安全可靠。
波导密封件36包括密封隔离部361、以及分别设置于密封隔离部361两侧的第一导波段362和第二导波段363，其中第一导波段362位于密封隔离部361的上方，第二导波段363位于密封隔离部361的下方。密封隔离部361设置于波导体35的第一端和天线插头37的第一端之间，第一导波段362伸入波导体35的第五导波通路351内，第二导波段363伸入天线插头37的第四导波通路371内。
雷达物位计工作时，电磁波在第五导波通路351和第四导波通路371之间传输时，如雷达物位计的辐射元件辐射的电磁波由第五导波通路351向第四导波通路371传输或者反射的电磁波由第四导波通路371向第五导波通路351传输时，电磁波更多地从第一导波段362和第二导波段363经过，减少电磁波的反射，提高雷达物位计的工作性能。
一些示例性实施例中，如图17和图17a所示，波导密封件36包括环形侧壁364，密封隔离部361设置于环形侧壁364内，并将环形侧壁364内的空腔分隔成第一空腔和第二空腔，第一空腔套设在波导体35的第一端外、并与波导体35密封连接，第二空腔套设在天线插头37的第一端外。
波导密封件36中，密封隔离部361设置于环形侧壁364内，且密封隔离部361的周边与环形侧壁364密封连接，以将环形侧壁364内的空腔分隔成互不连通的第一空腔和第二空腔，第一空腔套在波导体35的第一端外，并将波导体35的第一端密封，第二空腔套设在天线插头37的第一端外。这样，通过波导密封件36实现了波导体35和天线插头37的密封连接。
一些示例性实施例中，如图17和图17a所示，第一空腔的内侧壁面上设有内螺纹，波导体35的第一端的外侧壁面上设有外螺纹，第一空腔与波导体35的第一端通过内螺纹和外螺纹连接。
第一空腔和波导体35的第一端通过螺纹连接，使得波导密封件36与波导体35连接牢固，且确保了密封效果。
一些示例性实施例中，如图17和图17a所示，波导体35的第一端与密封隔离部361相抵。波导体35的第一端与密封隔离部361的上端面相抵，以增强波导密封件36对波导体35的密封效果。
一些示例性实施例中，如图17和图17a所示，天线插头37的第一端与密封隔离部361相抵。天线插头37的第一端与密封隔离部361的下端面相抵，以便在天线插头37与第二空腔套接时对天线插头37进行定位。
应当理解，波导体35的第一端与密封隔离部361的上端面之间也可以设置间隙，天线插头37的第一端与密封隔离部361的下端面之间也可以设置间隙。
一些示例性实施例中，如图17a所示，第一导波段362包括第一锥形过渡段3621，第一锥形过渡段3621的截面积自下而上(即沿着远离密封隔离部361的方向)逐渐减小，且第一锥形过渡段3621的尖端(上端)伸入第五导波通路351内；第二导波段363包括第二锥形过渡段3631，第二锥形过渡段3631的截面积自上而下(即沿着远离密封隔离部361的方向)逐渐减小，且第二锥形过渡段3631的尖端(下端)伸入第四导波通路371内。
第一锥形过渡段3621的设置，便于将辐射元件辐射的电磁波由第五导波通路351引导至波导密封件36，第二锥形过渡段3631的设置，便于将反射的电磁波由第四导波通路371引导至波导密封件36，减少电磁波的反射。
一些示例性实施例中，如图17a所示，第一导波段362还包括第一柱形段3622，第一柱形段3622连接在第一锥形过渡段3621和密封隔离部361之间；第二导波段363包括第二柱形段3632，第二柱形段3632连接在第二锥形过渡段3631和密封隔离部361之间。其中，第一柱形段3622上端的端面与第一锥形过渡段3621下段的端面重合，第二柱形段3632下端的端面与第二锥形过渡段3631上段的端面重合。
一些示例性实施例中，如图17a所示，第一柱形段3622、第一锥形过渡段3621、第二柱形段3632和第二锥形过渡段3631的中心线重合，以形成波导密封件36的中心轴线。第五导波通路351和第四导波通路371的中心轴线重合，并与波导密封件36的中心轴线重合。
一些示例性实施例中，第一锥形过渡段3621和第二锥形过渡段3631可为圆锥段(横截面呈圆形)或棱锥段(横截面呈多边形)，第一柱形段3622和第二柱形段3632可为圆柱段(横截面呈圆形)或棱柱段(横截面呈多边形)。
设置波导密封件36，使得电磁波更多地经过第一导波段362和第二导波段363实现由第五导波通路351到第四导波通路371(或第四导波通路371到第五导波通路351)的传输，这样电磁波在第五导波通路351和第四导波通路371内更多地采用单模传输，减少激励出的多模信号。
一些示例性实施例中，如图17和图17a所示，第五导波通路351包括相连通的第一柱形腔3511和第一锥形腔3512，第一锥形腔3512靠近波导体35的第一端设置，且第一锥形腔3512的截面积自上而下(即沿着朝向波导体35的第一端的方向)逐渐增大；第四导波通路371包括相连通的第二锥形腔3712和第二柱形腔3711，第二锥形腔3712靠近天线插头37的第一端设置，且第二锥形腔3712的截面积自下而上(即沿着朝向天线插头37的第一端的方向)逐渐增大；且第一柱形腔3511、第一锥形腔3512、第二柱形腔3711和第二锥形腔3712的中心线重合，即第五导波通路351的中心轴线与第四导波通路371的中心轴线重合。
其中，第一导波段362的第一柱形段3622伸入第一锥形腔3512内，第一锥形过渡段3621的尖端伸入第一柱形腔3511内；第二导波段363的第二柱形段3632伸入第二锥形腔3712内，第二锥形过渡段3631的尖端伸入第二柱形腔3711内。
第一柱形腔3511和第二柱形腔3711的截面积较小，电磁波能量通常在第一柱形腔3511和第二柱形腔3711内比较集中，通过设置第一锥形腔3512和第二锥形腔3712，增大了截面积，可减小能量集中和电磁波反射。
一些示例性实施例中，如图17和图17a所示，第一导波段362和第二导波段363对称设置，第一锥形腔3512和第二锥形腔3712对称设置，且第一导波段362和第二导波段363的对称面(水平面)与第一锥形腔3512和第二锥形腔3712的对称面(水平面)可重合。进一步，第一柱形腔3511的内径φ3和第二柱形腔3711的内径φ4相等，使得电磁波自上而下以及自下而上的传输通路的可逆。
对称设置的第一导波段362和第二导波段363，第一柱形段3622的直径φ1和第二柱形段3632的直径φ2相等，第一柱形段3622的轴向高度和第二柱形段3632的轴向高度相等，第一锥形过渡段3621的锥角θ1和第二锥形过渡段3631的锥角θ2相等，第一锥形过渡段3621的轴向高度和第二锥形过渡段3631的轴向高度相等，第一锥形腔3512的锥角θ3和第二锥形腔3712的锥角θ4相等，第一锥形腔3512的轴向高度和第二锥形过渡段3631的轴向高度相等。
一些示例性实施例中，第一柱形段3622的直径φ1和第一柱形腔3511的内径φ3可相等，使得φ1＝φ2＝φ3＝φ4。第一锥形过渡段3621的锥角θ1和第一锥形腔3512的锥角θ3可相等，使得θ1＝θ2＝θ3＝θ4。
一些示例性实施例中，该波导组件适用于75-82GHz的电磁波，第一锥形腔3512的轴向高度(沿图17a中的上下方向)可为6.3mm-8.3mm(如7mm)，下端的直径可为6.5mm-8.5mm(如7mm)，上端的直径可为2.5mm-3mm(如2.73mm)，锥角θ3可为32°-36°(如34°)。即φ1、φ2、φ3、φ4可为2.5mm-3mm，θ1、θ2、θ3、θ4可为32°-36°。
一些示例性实施例中，如图17a所示，密封隔离部361为等厚分隔筋，密封隔离部361具有邻近波导体35的第一表面(上表面)和邻近天线插头37的第二表面(下表面)，第一表面和第二表面为平面，或者为朝向波导体35所在的一侧凸出的弧面，或者为朝向天线插头37所在的一侧凸出的弧面。
当然，密封隔离部361也可以设置为非等厚的密封隔离部361，此时密封隔离部361的第一表面和第二表面可分别朝向波导体35所在的一侧和天线插头37所在的一侧凸出，如：密封隔离部361的第一表面为朝向波导体35所在的一侧凸出的弧面，第二表面为朝向天线插头37所在的一侧凸出的弧面；或者，第一表面为朝向天线插头37所在的一侧凸出的弧面，第二表面为朝向波导体35所在的一侧凸出的弧面。
一些示例性实施例中，如图17a所示，密封隔离部361的厚度(沿图17a中上下方向的厚度)为半波长的整数倍，如可为半波长，也可以为一个波长。
一些示例性实施例中，如图17所示，波导密封件36的环形侧壁364上设有止挡凸筋365，该止挡凸筋365可与雷达物位计的表壳30上设置的止挡台阶301相抵限位。
一些示例性实施例中，如图17所示，波导密封件36为一体式结构。
一些示例性实施例中，波导密封件36可采用PTFE(聚四氟乙烯)、PFA(可熔性聚四氟乙烯)、氟塑料、PP(聚丙烯)塑料等制成。
一些示例性实施例中，如图18和图18a所示，第一导波段362整体呈锥形，第二导波段363整体呈锥形，且第一导波段362和第二导波段363的中心线重合。
其中，第一导波段362的截面积自下而上(即沿着远离密封隔离部361的方向)逐渐减小，且第一导波段362的尖端(上端)伸入第五导波通路351内；第二导波段363的截面积自上而下(即沿着远离密封隔离部361的方向)逐渐减小，且第二导波段363的尖端(下端)伸入第四导波通路371内。
第一导波段362和第二导波段363呈锥形，便于将辐射元件辐射的电磁波由第五导波通路351引导至波导密封件36，以及将反射的电磁波由第四导波通路371引导至波导密封件36，减少电磁波的反射。
一些示例性实施例中，如图18和图18a所示，第一导波段362穿过第一锥形腔3512后伸入第一柱形腔3511内，第二导波段363穿过第二锥形腔3712后伸入第二柱形腔3711内。
一些示例性实施例中，如图18和图18a所示，第一导波段362的轴向高度(沿图18a中的上下方向)可为12mm-15mm(如13.8mm)，底端(下端)的直径φ5可为4mm-6mm(如5mm)，锥角θ5可为15°-28°(如20°或21°)。
第一导波段362和第二导波段363可对称设置。第二导波段363的轴向高度(沿图18a中的上下方向)可为12mm-15mm(如13.8mm)，底端(上端)的直径φ6可为4mm-6mm(如5mm)，锥角θ6可为15°-28°(如20°或21°)。
第一锥形腔3512和第二锥形腔3712可对称设置，使得第一锥形腔3512的锥角θ3与第二锥形腔3712的锥角θ4相等。第一锥形腔3512的锥角θ3可大于第一导波段362的锥角θ5。
第一柱形腔3511的内径φ3和第二柱形腔3711的内径φ4可相等。第一导波段362底端的直径φ5可大于第一柱形腔3511的内径φ3。
采用该波导密封件36，有利于实现阻抗匹配，减少电磁波的反射，提高了雷达物位计的测量性能。
一些示例性实施例中，如图6所示，高频模块2还包括微带-波导转换器293。
如图19-图21所示，微带-波导转换器293包括基板25以及设置在基板25上的微带线4，微带线4包括带状线41和匹配节42，匹配节42呈异型的菱形状，匹配节42在第一顶点处与带状线41连接，匹配节42被经过与第一顶点相邻的两个顶点的第一对角线分隔成靠近带状线41的第一匹配部分421和远离带状线41的第二匹配部分422，第一匹配部分421沿带状线41的延伸方向的高度大于第二匹配部分422沿带状线41的延伸方向的高度，匹配节42关于经过第一顶点和与第一顶点相对的第二顶点的第二对角线对称设置。
该微带-波导转换器中，微带线4包括带状线41和匹配节42，匹配节42呈异型的菱形状，即匹配节42大体呈菱形状，但略与菱形略有区别。具体的，匹配节42具有四个顶点，其在第一顶点(图21中位于上部的顶点)处与带状线41连接，匹配节42的第一对角线(图21中沿左右方向延伸的虚线所示)经过与第一顶点相邻的两个顶点(图21中位于左右两侧的顶点)，第二对角线(图21中沿上下方向延伸的虚线所示)经过第一顶点和与第一顶点相对的第二顶点(图21中位于下部的顶点)。匹配节42被第一对角线分隔成第一匹配部分421和第二匹配部分422，第一匹配部分421和第二匹配部分422大致呈等腰三角形状，且第一匹配部分421靠近带状线41，第二匹配部分422远离带状线41。其中，第一匹配部分421沿带状线41的延伸方向的高度H1大于第二匹配部分422沿带状线41的延伸方向的高度H2，使得匹配节42整体为上高下矮的结构。匹配节42关于经过第二对角线对称设置，即匹配节42整体为左右对称结构，且第一对角线和第二对角线相垂直。
通过设置上高下矮、左右对称的匹配节42，可实现带状线41与基板25上的波导腔253(具体描述见下文)之间的能量耦合，进而实现微带与波导之间的转换。该微带-波导转换器的工作频带宽，损耗小，传输特性好，同时，微带-波导转换器的结构简单，尺寸小，使得微带-波导转换器的实用性高。
一些示例性实施例中，如图23所示，匹配节42的第二顶点处设有第一切角，且第一切角形成的第一切边423与第一对角线平行。
将匹配节42下部的第二顶点处的角部切除，形成第一切边423，该第一切边423沿左右方向延伸，并平行于匹配节42的第一对角线。
一些示例性实施例中，如图23所示，与第一顶点相邻的两个顶点处分别设有第二切角和第三切角，且第二切角形成的第二切边424、以及第三切角形成的第三切边425均与第二对角线平行。
将匹配节42左右两侧的两个顶点处的角部切除，形成第二切边424和第三切边425，该第二切边424和第三切边425沿上下方向延伸，并平行于匹配节42的第二对角线。其中第二切边424和第三切边425关于第二对角线对称设置。
其中，第一切边423沿第一对角线的长度L1设置成大于第二切边424沿第二对角线的长度L2，且大于第三切边425沿第二对角线的长度L3。第二切边424沿第二对角线的长度L2与第三切边425沿第二对角线的长度L3相等。
当然，也可以如图21所示，不在与第一顶点相邻的两个顶点处、以及第二顶点处设置切角，使得与第一顶点相邻的两个顶点处、以及第二顶点处为尖角部。
一些示例性实施例中，如图21和图23所示，匹配节42的相邻两个顶点之间的连线为直线。一些示例性实施例中，如图24所示，匹配节42的相邻两个顶点之间的连线为向外侧凸出的弧线。其中，相邻弧线之间圆滑过渡连接。
一些示例性实施例中，如图21所示，第二对角线(即匹配节42的对称轴线)与带状线41的中心线(沿上下方向延伸)重合(均为图21中沿上下方向延伸的虚线)，使得微带线4整体为左右对称结构。
一些示例性实施例中，如图19和图20所示，基板25上设有波导腔253，且第一对角线和第二对角线的交点(图21中沿左右方向延伸的虚线和沿上下方向延伸的虚线的交点)设置成与波导腔253的中心线(图20中虚线所示)重合。
匹配节42的第一对角线和第二对角线的交点与波导腔253的中心线重合，使得微带线4辐射的电磁波能够在波导腔253内同相位传输(电磁波在介质中的传播速度小于空气中的传播速度，使得匹配节42不同部位辐射的电磁波能够同时到达波导腔253的边缘)。
当然，匹配节42的第一对角线和第二对角线的交点与波导腔253的中心线不重合，二者之间可以略有偏差。
一些示例性实施例中，如图19所示，其中，波导腔253可为矩形波导腔253，匹配节42可从矩形波导腔253的宽边的中间位置伸入矩形波导腔253内。
一些示例性实施例中，如图19和图20所示，基板25包括高频板251和高频复合板252，高频板251与高频复合板252固定，微带线4设置在高频板251上，且位于远离高频复合板252的一侧，波导腔253开设在高频复合板252上。
高频板251的厚度较小(通常小于1mm)，强度差；高频复合板252采用多层板(至少两层板)复合而成，厚度较大(通常大于1mm)，强度好。因此高频板251和高频复合板252固定形成的基板25整体强度增强，以便微带-波导转换器与其他部件进行组装装配。
一些示例性实施例中，如图19所示，带状线41包括相连接的第一带状线411和第二带状线412，第一带状线411和第二带状线412的中心线重合，且第二带状线412的线宽W2设置成小于第一带状线411的线宽W1，第二带状线412与匹配节42连接。
带状线41中，与匹配节42相连的第二带状线412的线宽W2小于远离匹配节42的第一带状线411的线宽W1，且第一带状线411和第二带状线412的中心线重合，使得带状线41整体为直线形。当然，带状线41也可以设置成线宽不变的等宽线。
一些示例性实施例中，微带线4的材质为铜，当然，也可以为其他金属导电材料。
一些示例性实施例中，如图3-图4、图19和图20所示，微带-波导转换器还包括短路块(即屏蔽盒)27，短路块27与基板25固定，且短路块27罩住匹配节42。
如图19和图20所示，短路块27可为金属块，其位于高频板251的远离高频复合板252的一侧，且短路块27内开设有谐振腔271，该谐振腔271的深度D可为1/4波长。短路块27上还开设有避让微带线4的避让孔272。具体的，微带线4的第二带状线412穿过该避让孔272。
一些示例性实施例中，如图3和图4所示，微带-波导转换器还包括设置在短路块27内的密封圈26，该密封圈26可为橡胶圈。
一些示例性实施例中，微带-波导转换器的工作频段可为70-90GHz，实现宽带工作。
本申请实施例的微带-波导转换器(采用图21所示的匹配节42)，仿真结果如图22所示。图22中，曲线S12表示从微带线到波导装置能量损失较少，S11表示从微带线返回的能量较少。根据仿真结果显示，该微带-波导转换器的传输损耗小，回波损耗小，且带宽宽。
如图7和图8所示，雷达物位计还包括电路板34和电源板35，电路板34、电源板35和高频模块2可均设置于表壳30内，表壳30内可填充有密封胶(如硅凝胶)39。
以上实施例仅表达了本申请的实施例性实施方式，其描述较为具体和详细，但的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。

Claims (7)

1.一种高频模块，其特征在于，所述高频模块的工作频带为70-90GHz，所述高频模块包括波导装置和功率合成器，
所述功率合成器为H面波导功率合成器，所述功率合成器包括功率合成环、多个输入端口、一个输出端口和至少一个隔离端口，多个所述输入端口、所述输出端口和至少一个所述隔离端口均连接至所述功率合成环，所述隔离端口上设有吸波材料，所述吸波材料设置成能进行阻抗匹配和吸收电磁波，所述输入端口的输入端设有第一直角弯头，所述第一直角弯头的外壁面上设有阶梯型的第一过渡段，所述第一过渡段包括靠近所述功率合成器的输入端口的输入端的第一阶梯面；
所述波导装置包括固定连接的第一波导装置和第二波导装置，所述功率合成器设置在所述第一波导装置的靠近所述第二波导装置的第一端面以及所述第二波导装置的靠近所述第一波导装置的第二端面上，所述第一波导装置和所述第二波导装置至少之一上设有第一导波通路，所述功率合成器的输出端口与所述第一导波通路连接，所述第一阶梯面为所述第一波导装置和所述第二波导装置的分型面；
所述高频模块还包括高频芯片，所述高频芯片具有接收端和多个发射端，多个所述发射端设置为选择性地使用，所述功率合成器的输入端口设置成接收所述高频芯片的发射端向外辐射的电磁波，所述高频芯片的接收端设置成接收反射的电磁波，其中所述功率合成器的输入端口设置有两个，且所述功率合成器的两个输入端口关于所述功率合成器的输出端口对称设置，所述高频芯片的多个发射端包括第一发射端和第二发射端，所述第一发射端和所述第二发射端辐射的电磁波设置成按相反的方向输入至所述功率合成器的两个输入端口；
所述高频模块还包括定向耦合器，所述定向耦合器为H面波导定向耦合器，所述定向耦合器设置在所述第一波导装置的第一端面和所述第二波导装置的第二端面上，所述定向耦合器包括四个端口，其中第一个端口为输入端口并与所述功率合成器的输出端口连接，第二个端口为输出端口并与所述第一导波通路连接，第三个端口为接收端口并设置成能将接收的电磁破传递至所述高频芯片的接收端，第四个端口上设有吸波材料；
所述第一导波通路的与所述定向耦合器连接的一端为矩形状，所述第一导波通路的另一端为圆形状，所述第一导波通路的靠近所述定向耦合器的一端的侧壁面上设有阶梯状的第三过渡段。
2.根据权利要求1所述的高频模块，其特征在于，所述功率合成器的输出端口沿所述功率合成环的径向延伸，所述功率合成器的隔离端口设置有两个并关于所述功率合成器的输出端口对称设置，且所述功率合成器的两个输入端口靠近所述功率合成器的输出端口设置，所述功率合成器的两个隔离端口远离所述功率合成器的输出端口设置。
3.根据权利要求2所述的高频模块，其特征在于，所述功率合成器的两个输入端口位于所述功率合成器的两个隔离端口与所述功率合成器的输出端口之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的高频模块，其特征在于，所述吸波材料呈劈尖状或楔形状。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的高频模块，其特征在于，所述定向耦合器的接收端口设有第二直角弯头，所述第二直角弯头的外壁面上设有阶梯型的第二过渡段，所述第二过渡段包括靠近所述定向耦合器的接收端口的接收端的第二阶梯面，所述第二阶梯面为所述第一波导装置和所述第二波导装置的分型面。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的高频模块，其特征在于，所述第一导波通路设置在所述第一波导装置和所述第二波导装置中的一个上，并沿所述波导装置的厚度方向朝远离所述第一波导装置和所述第二波导装置中另一个的方向延伸；
或者，所述第一波导装置的第一端面和所述第二波导装置的第二端面上分别设有第一波导腔和第二波导腔，以形成所述第一导波通路，且所述第一导波通路沿所述波导装置的长度方向延伸。
7.一种雷达物位计，其特征在于，包括权利要求1至6中任一项所述的高频模块。
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