CN114142200A - 一种高性能全频段垂直出口波导同轴转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能全频段垂直出口波导同轴转换器，包括：插座、插芯、介质支撑、短路盖板和波导腔体；插座、插芯和介质支撑构成同轴接口；其中，插芯焊接在波导腔体三级台阶的通孔内，并通过介质支撑固定；插座通过紧固螺钉与波导腔体连接；短路盖板采用焊接方式与波导腔体连接形成一体短路结构，保证良好接地，实现带内较小插损。本发明使用了最少的介质、最小的尺寸和最简单的结构，实现了一种高性能全频段垂直出口波同转换。
Description
技术领域
本发明属于微波通信技术领域，尤其涉及一种高性能全频段垂直出口波导同轴转换器。
背景技术
垂直出口波导同轴转换用于实现波导接口到同轴接口的转换，两个接口方向互相垂直。广泛应用于各类微波产品中，是航天器各系统中不可或缺的一部分，同时也大量应用于测试系统和产品调试过程中。随着航天器使用需求的日益增长，对波导同轴转换的带宽要求和射频性能要求也越来越高。受限于射频连接器性能，国产Ka频段及以上波导同轴转换的插入损耗、驻波比等关键性能指标较差，不能满足型号的应用需求，因此Ka频段及以上波导同轴转换多依赖于进口，成本较高，且产品交付周期较长。为代替引进产品，实现波导同轴转换国产化，开展了波导同轴转换的研制工作。
现有的垂直出口波导同轴转换具有以下缺点：
1、覆盖频段较窄，产品全频段电性能较差；
2、可靠性较低，对加工装配要求较高，容错率低；
3、环境试验过程中性能不稳定。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种高性能全频段垂直出口波导同轴转换器，使用了最少的介质、最小的尺寸和最简单的结构，实现了一种高性能全频段垂直出口波同转换。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种高性能全频段垂直出口波导同轴转换器，包括：插座、插芯、介质支撑、短路盖板和波导腔体；
插座、插芯和介质支撑构成同轴接口；其中，插芯焊接在波导腔体三级台阶的通孔内，并通过介质支撑固定；插座通过紧固螺钉与波导腔体连接；
短路盖板采用焊接方式与波导腔体连接形成一体短路结构，保证良好接地，实现带内较小插损。
在上述高性能全频段垂直出口波导同轴转换器中，插芯插入波导腔体的一端为阶梯结构，与波导腔体三级台阶的通孔配合，以固定介质支撑。
在上述高性能全频段垂直出口波导同轴转换器中，介质支撑上设置有N个通孔，各通孔均匀地分布在介质支撑的内环上。
在上述高性能全频段垂直出口波导同轴转换器中，介质支撑的截面形状为：圆形、多边形或异形。
在上述高性能全频段垂直出口波导同轴转换器中，插芯一端的阶梯结构，包括：第一阶梯、第二阶梯和第三阶梯；其中，第一阶梯、第二阶梯和第三阶梯由上至下依次设置。
在上述高性能全频段垂直出口波导同轴转换器中，
第一阶梯、第二阶梯和第三阶梯的直径分别记作：d1、d2和d3；
第一阶梯、第二阶梯和第三阶梯的长度分别记作：L1、L2和L3；
d1、d2、d3、L1、L2、L3和N七个参数协同设计，以实现同轴接口全频段内阻抗匹配同时抑制高次模。
在上述高性能全频段垂直出口波导同轴转换器中，波导腔体内设置有第一台阶、第二台阶、第三台阶和减高波导；其中，第一台阶、第二台阶、第三台阶和减高波导由上至下依次设置。
在上述高性能全频段垂直出口波导同轴转换器中，
第一台阶、第二台阶、第三台阶和减高波导的高度分别记作：h1、h2、h3、h4和h5；
第一台阶、第二台阶、第三台阶和减高波导的宽度分别记作：s1、s2、s3、s4和s5；
h1、h2、h3、h4、h5、s1、s2、s3、s4和s5十个参数协同设计，以实现全频段的同轴接口和波导端口阻抗匹配，同时抑制高次模。
在上述高性能全频段垂直出口波导同轴转换器中，信号通过高阻抗的波导腔体的波导端口进入，经过减高波导及波导腔内的三级阶梯的阻抗变换，将TE10模式信号转换为TEM模式后由全频段的同轴接口输出。
在上述高性能全频段垂直出口波导同轴转换器中，插芯的各阶梯的截面形状为：圆形、多边形或异形。
本发明具有以下优点：
1)相较于传统波导同轴转换器，替代了同轴接头与波导腔体连接的结构，结构形式简单，可靠性高。
2)采用插芯阶梯设计、介质支撑开孔设计、波导腔体三级台阶和减高波导设计形式实现垂直出口波导同轴转换阻抗匹配，同时抑制高次模，覆盖波导全频段，适用性强。
3)短路盖板焊接到波导腔体上形成一体短路结构，保证良好接地，实现带内较小插损。
4)所述结构全部可由机械加工完成，易加工，结构稳定可靠。
附图说明
图1是本发明实施例中一种高性能全频段垂直出口波导同轴转换器的剖视图；
图2是本发明实施例中一种插座的结构示意图；
图3是本发明实施例中一种插芯的结构示意图；
图4是本发明实施例中一种介质支撑的结构示意图；
图5是本发明实施例中一种短路盖板的结构示意图；
图6是本发明实施例中一种波导腔体的剖视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
如图1～6，在本实施例中，该高性能全频段垂直出口波导同轴转换器，包括：插座1、插芯2、介质支撑3、短路盖板4和波导腔体5。其中，插座1、插芯2和介质支撑3构成同轴接口：插芯2焊接在波导腔体5三级台阶的通孔内，并通过介质支撑3固定；插座1通过紧固螺钉与波导腔体5连接。短路盖板4采用焊接方式与波导腔体5连接形成一体短路结构，保证良好接地，实现带内较小插损。该结构相较于传统波导同轴转换器，替代了同轴接头与波导腔体连接的结构，结构形式简单，可靠性高。
在本实施例中，在介质支撑3上增加了开孔：介质支撑3上设置有N个通孔301，各通孔301均匀地分布在介质支撑的内环上。其中，介质支撑3的截面形状可以根据实际情况设置为：圆形、多边形或异形等等，同样通孔301也可以是多种形式、尺寸的孔。
在本实施例中，插芯2增加了阶梯设计：插芯2插入波导腔体5的一端为阶梯结构，与波导腔体5三级台阶的通孔配合，以固定介质支撑3。
优选的，插芯2一端的阶梯结构具体可以包括：第一阶梯201、第二阶梯202和第三阶梯203。其中，第一阶梯201、第二阶梯202和第三阶梯203由上至下依次设置。各阶梯的截面可以是圆形、多边形、异形等等。
优选的，在实际应用时，可对d1、d2、d3、L1、L2、L3和N等七个参数进行协同设计，以实现同轴接口全频段内阻抗匹配同时抑制高次模。其中，d1、d2和d3分别表示第一阶梯201、第二阶梯202和第三阶梯203的直径；L1、L2和L3分别表示第一阶梯201、第二阶梯202和第三阶梯203的长度。
在本实施例中，波导腔体5内设置有第一台阶501、第二台阶502、第三台阶503和减高波导504；其中，第一台阶501、第二台阶502、第三台阶503和减高波导504由上至下依次设置。
优选的，在实际应用时，可对h1、h2、h3、h4、h5、s1、s2、s3、s4和s5等十个参数协同设计，以实现全频段的同轴接口和波导端口阻抗匹配，同时抑制高次模，实现宽频带设计。其中，h1、h2、h3、h4和h5分别表示第一台阶501、第二台阶502、第三台阶503和减高波导504的高度；s1、s2、s3、s4和s5分别表示第一台阶501、第二台阶502、第三台阶503和减高波导504的宽度。
在本实施例中，该高性能全频段垂直出口波导同轴转换器一端为同轴接口，插座1、插芯2和介质支撑3构成端口阻抗为50欧姆同轴匹配输出端。信号通过高阻抗的波导腔体5的波导端口进入，经过减高波导504及波导腔内的三级阶梯的阻抗变换，将TE10模式信号转换为TEM模式后由全频段的同轴接口输出。经过协同仿真设计，通过改变介质支撑3的形状、开孔数量与大小、插芯2的阶梯尺寸及形状、波导腔体5三级台阶及减高波导504的尺寸实现同轴接口与波导接口之间宽频带的阻抗匹配同时抑制高次模。短路盖板4焊接到波导腔体5上形成一体短路结构，保证良好接地，实现全频带内较小插入损耗和良好的驻波特性。
本发明所述的插芯2阶梯设计、介质支撑3设计、波导腔体5三级台阶和短边减高504结构设计方案适用于BJ180、BJ220、BJ260、BJ320、BJ400、BJ500波导接口形式的垂直出口波导同轴转换器。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种高性能全频段垂直出口波导同轴转换器，其特征在于，包括：插座(1)、插芯(2)、介质支撑(3)、短路盖板(4)和波导腔体(5)；
插座(1)、插芯(2)和介质支撑(3)构成同轴接口；其中，插芯(2)焊接在波导腔体(5)三级台阶的通孔内，并通过介质支撑(3)固定；插座(1)通过紧固螺钉与波导腔体(5)连接；
短路盖板(4)采用焊接方式与波导腔体(5)连接形成一体短路结构，保证良好接地，实现带内较小插损。
2.根据权利要求1所述的高性能全频段垂直出口波导同轴转换器，其特征在于，插芯(2)插入波导腔体(5)的一端为阶梯结构，与波导腔体(5)三级台阶的通孔配合，以固定介质支撑(3)。
3.根据权利要求2所述的高性能全频段垂直出口波导同轴转换器，其特征在于，介质支撑(3)上设置有N个通孔(301)，各通孔(301)均匀地分布在介质支撑的内环上。
4.根据权利要求3所述的高性能全频段垂直出口波导同轴转换器，其特征在于，介质支撑(3)的截面形状为：圆形、多边形或异形。
5.根据权利要求3所述的高性能全频段垂直出口波导同轴转换器，其特征在于，插芯(2)一端的阶梯结构，包括：第一阶梯(201)、第二阶梯(202)和第三阶梯(203)；其中，第一阶梯(201)、第二阶梯(202)和第三阶梯(203)由上至下依次设置。
6.根据权利要求5所述的高性能全频段垂直出口波导同轴转换器，其特征在于，
第一阶梯(201)、第二阶梯(202)和第三阶梯(203)的直径分别记作：d1、d2和d3；
第一阶梯(201)、第二阶梯(202)和第三阶梯(203)的长度分别记作：L1、L2和L3；
d1、d2、d3、L1、L2、L3和N七个参数协同设计，以实现同轴接口全频段内阻抗匹配同时抑制高次模。
7.根据权利要求6所述的高性能全频段垂直出口波导同轴转换器，其特征在于，波导腔体(5)内设置有第一台阶(501)、第二台阶(502)、第三台阶(503)和减高波导(504)；其中，第一台阶(501)、第二台阶(502)、第三台阶(503)和减高波导(504)由上至下依次设置。
8.根据权利要求7所述的高性能全频段垂直出口波导同轴转换器，其特征在于，
第一台阶(501)、第二台阶(502)、第三台阶(503)和减高波导(504)的高度分别记作：h1、h2、h3、h4和h5；
第一台阶(501)、第二台阶(502)、第三台阶(503)和减高波导(504)的宽度分别记作：s1、s2、s3、s4和s5；
h1、h2、h3、h4、h5、s1、s2、s3、s4和s5十个参数协同设计，以实现全频段的同轴接口和波导端口阻抗匹配，同时抑制高次模。
9.根据权利要求7所述的高性能全频段垂直出口波导同轴转换器，其特征在于，信号通过高阻抗的波导腔体(5)的波导端口进入，经过减高波导(504)及波导腔内的三级阶梯的阻抗变换，将TE10模式信号转换为TEM模式后由全频段的同轴接口输出。
10.根据权利要求5所述的高性能全频段垂直出口波导同轴转换器，其特征在于，插芯(2)的各阶梯的截面形状为：圆形、多边形或异形。
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