CN114639954A - 一种宽带共面波导转脊波导的馈电结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种宽带共面波导转脊波导的馈电结构,包括:位于金属腔体内部的多个脊波导和多个间隙波导,多个间隙波导主要由EBG结构构成;位于金属腔体一侧的共面波导;其中,共面波导从脊波导的窄边与脊波导进行馈电连接。其中,共面波导和金属腔体的贴合基于EBG结构的间隙波导进行贴合,该人工周期磁边界EBG结构可降低安装的电封闭性要求,并且共面波导通过从所述脊波导的窄边与所述脊波导进行馈电连接,在实现两种不同传输线的射频信号传输的情况下,解决了阻抗失配的问题,并且该馈电结构还具有低反射系数、低损耗、宽频带和易加工等优点。
Description
技术领域
本发明涉及雷达天线技术领域,更具体地说,涉及一种宽带共面波导转脊波导的馈电结构。
背景技术
当前用于交通的毫米波雷达多采用微带贴片天线,微带贴片天线的馈电系统一般有两种形式,其中一种是微带,另一种是共面波导结构。
其中,共面波导结构之间的耦合系数小于微带之间的耦合系数,又成为与芯片MMIC相连的常用的馈电结构;但微带贴片天线本身具有自身带宽窄和损耗大等特点,与其相对应的还有波导天线,而波导天线的馈电系统为波导馈电网络,能量从芯片输出管脚传输到天线中阻抗是失配的。
共面波导(Coplanar Waveguide,简称CPW)是由一个信号线和两个在信号线两侧的地信号线组成的,而接地共面波导(Grounded Coplanar Waveguide,简称GCPW)是信号线的另一层背敷地层信号的共面波导。
由于共面波导CPW的信号线两侧有地信号线,因此其具有较好的平衡特性,在设计反相和差分电路等领域有独特的优势,同样在安装并联或串联形式的有源或无源集中参数元件也是非常方便的。
其中,共面波导CPW作为一种常用的射频信号传输线形式,经常用于各种微波电路、微波组件模块和天线馈线口等;但是由于结构尺寸的限制,电路结构布局等因素的影响,经常会出现不同馈电网络射频信号的传输转换;而目前微波毫米波能量从共面波导CPW传输到空气波导存在阻抗失配等问题。
发明内容
有鉴于此,为解决上述问题,本发明提供一种宽带共面波导转脊波导的馈电结构,技术方案如下:
一种宽带共面波导转脊波导的馈电结构,所述馈电结构包括:
金属腔体,所述金属腔体包括第一表面和依次围绕所述第一表面设置的三个侧面,所述第一表面所在平面与所述侧面所在平面垂直;
位于所述金属腔体内部的多个脊波导和多个间隙波导,多个间隙波导主要由EBG结构构成;
位于所述金属腔体一侧且远离所述第一表面的共面波导;
其中,所述共面波导从所述脊波导的窄边与所述脊波导进行馈电连接。
优选的,在上述馈电结构中,所述第一表面上形成有脊波导馈电口。
优选的,在上述馈电结构中,所述共面波导包括:依次叠层设置的第一金属层、介质层和第二金属层;
所述第一金属层相邻所述脊波导;
所述共面波导还包括:
位于所述第一金属层上且背离所述介质层一侧的多个信号通道,任意一个所述信号通道包括中间信号线,以及位于所述中间信号线两侧的地信号线。
优选的,在上述馈电结构中,所述共面波导还包括:
位于所述中间信号线一端的耦合贴片;
其中,所述耦合贴片从所述脊波导的窄边与所述脊波导进行馈电连接。
优选的,在上述馈电结构中,所述耦合贴片的形状与所述脊波导的形状匹配。
优选的,在上述馈电结构中,所述中间信号线包括主信号线和分支信号线;
所述主信号线沿第一方向延伸,所述分支信号线沿第二方向延伸,所述第一方向与所述第二方向相交。
优选的,在上述馈电结构中,所述分支信号线的一端与所述主信号线的第一位置连接,所述第一位置与所述主信号线的两个端点之间的距离均大于零。
优选的,在上述馈电结构中,所述主信号线包括第一部分和第二部分,所述第一部分与所述分支信号线之间的夹角小于90°;
所述共面波导还包括:位于所述分支信号线中间区域的第一条状凹槽,所述第一条状凹槽沿所述第二方向延伸;
位于所述第二部分中间区域的第二条状凹槽,所述第二条状凹槽沿所述第一方向延伸;
所述第一条状凹槽的一端与所述第二条状凹槽的一端连接互通。
优选的,在上述馈电结构中,所述第一金属层和所述第二金属层通过金属化过孔连接。
优选的,在上述馈电结构中,所述金属化过孔的直径为0.15mm-0.2mm。
优选的,在上述馈电结构中,相邻所述金属化过孔之间的间距为0.35mm-0.45mm。
优选的,在上述馈电结构中,多个所述金属化过孔阵列排布。
优选的,在上述馈电结构中,多个所述金属化过孔错位排布。
优选的,在上述馈电结构中,所述馈电结构为两通道或三通道或四通道的馈电结构。
相较于现有技术,本发明实现的有益效果为:
本发明提供的一种宽带共面波导转脊波导的馈电结构包括:金属腔体,所述金属腔体包括第一表面和依次围绕所述第一表面设置的三个侧面,所述第一表面所在平面与所述侧面所在平面垂直;位于所述金属腔体内部的多个脊波导和多个间隙波导,多个间隙波导主要由EBG结构构成;位于所述金属腔体一侧且远离所述第一表面的共面波导;其中,所述共面波导从所述脊波导的窄边与所述脊波导进行馈电连接。其中,共面波导和金属腔体的贴合基于EBG结构的间隙波导进行贴合,该人工周期磁边界EBG结构可降低安装的电封闭性要求,并且共面波导通过从所述脊波导的窄边与所述脊波导进行馈电连接,在实现两种不同传输线的射频信号传输的情况下,解决了阻抗失配的问题,并且该馈电结构还具有低反射系数、低损耗、宽频带和易加工等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,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,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种宽带共面波导转脊波导的馈电结构的一体化整体示意图;
图2为本发明实施例提供的一种宽带共面波导转脊波导的馈电结构的三维结构外形爆炸图;
图3为本发明实施例提供的一种金属腔体第一表面的正视图;
图4为本发明实施例提供的一种金属腔体内部脊波导和间隙波导的示意图;
图5为本发明实施例提供的一种第一金属层的结构示意图;
图6为本发明实施例提供的一种宽带共面波导转脊波导的馈电结构的反射系数曲线示意图;
图7为本发明实施例提供的一种宽带共面波导转脊波导的馈电结构的损耗曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1,图1为本发明实施例提供的一种宽带共面波导转脊波导的馈电结构的一体化整体示意图;参考图2,图2为本发明实施例提供的一种宽带共面波导转脊波导的馈电结构的三维结构外形爆炸图;参考图3,图3为本发明实施例提供的一种金属腔体第一表面的正视图;参考图4,图4为本发明实施例提供的一种金属腔体内部脊波导和间隙波导的示意图。
如图1-图4所示,所述馈电结构包括:
金属腔体10,所述金属腔体10包括第一表面11和依次围绕所述第一表面11设置的三个侧面,所述第一表面11所在平面与所述侧面所在平面垂直。
位于所述金属腔体10内部的多个脊波导12和多个间隙波导13,多个间隙波导主要由EBG(Electromagnetic Band Gap,电磁场带隙)结构构成。
位于所述金属腔体10一侧且远离所述第一表面11的共面波导14。
其中,所述共面波导14从所述脊波导12的窄边与所述脊波导12进行馈电连接。
在该实施例中,该馈电结构的设计主要分为两部分,其中一部分是金属波导,另一部分是共面波导,该共面波导为接地共面波导GCPW,金属波导主要由位于金属腔体10内部的多个脊波导12和多个间隙波导13构成。其中,间隙波导由波导腔体两侧引入EBG结构加上上层金属地表面共同构成。
其中,共面波导14和金属腔体10的贴合基于EBG结构的间隙波导13进行贴合,该人工周期磁边界的EBG结构可降低二者安装的电封闭性要求,并且共面波导14通过从所述脊波导12的窄边与所述脊波导12进行馈电连接,而非常规的宽边馈电连接,在实现两种不同传输线的射频信号传输的情况下,解决了阻抗失配的问题,并且该馈电结构还具有低反射系数、低损耗、宽频带和易加工等优点。
进一步的,本发明实施例提供的馈电结构采用共面波导转间隙波导再转脊波导的形式,间隙波导与脊波导一体化加工,而共面波导变换部分与射频前端板子一体化加工,适合天线与前端的分开设计加工安装。
可选的,在本发明另一实施例中,如图1所示,金属腔体10的第一表面11上形成有脊波导馈电口15,该脊波导馈电口15与脊波导12对应设置,即矩形波导口引入脊结构,达到拓展带宽的作用。
可选的,在本发明另一实施例中,如图2所示,所述共面波导14包括:依次叠层设置的第一金属层141、介质层142和第二金属层143。
所述第一金属层141相邻所述脊波导12。
参考图5,图5为本发明实施例提供的一种第一金属层的结构示意图,所述共面波导还包括:
位于所述第一金属层141上且背离所述介质层142一侧的多个信号通道,任意一个所述信号通道包括中间信号线16,以及位于所述中间信号线16两侧的地信号线17,这种信号通道的设计适配于芯片端口,还可以提高端口间的隔离度。
位于所述中间信号线16一端的耦合贴片18。
其中,所述耦合贴片18从所述脊波导12的窄边与所述脊波导12进行馈电连接。
在该实施例中,耦合贴片18在中间信号线16的一端馈入,而不是在中间信号线16的中间某个位置馈入,并且通过仿真优化耦合贴片18的形状,使其耦合贴片18的形状与所述脊波导12的形状匹配,进而优化信号传输过程中阻抗失配的问题。
进一步的,如图5所示,所述中间信号线16包括主信号线161和分支信号线162。
所述主信号线161沿第一方向X延伸,所述分支信号线162沿第二方向Y延伸,所述第一方向X与所述第二方向Y相交。
所述分支信号线162的一端与所述主信号线161的第一位置连接,所述第一位置与所述主信号线161的两个端点之间的距离均大于零。
在该实施例中,相比较常规的沿某一方向延伸的中间信号线,本申请对中间信号线16的形状进行了优化,使其具有一部分分支信号线162,进而实现阻抗的变化,同时可以将共面波导中传输的非TEM模变化为脊波导中的TE10模,微波毫米波能量通过共面波导以及耦合贴片的形式耦合到间隙波导和脊波导中,进而实现两种不同传输线的射频信号的传输。
进一步的,如图5所示,所述主信号线16包括第一部分和第二部分,所述第一部分与所述分支信号线162之间的夹角小于90°。
所述共面波导还包括:位于所述分支信号线162中间区域的第一条状凹槽18,所述第一条状凹槽18沿所述第二方向Y延伸。
位于所述第二部分中间区域的第二条状凹槽19,所述第二条状凹槽19沿所述第一方向X延伸。
所述第一条状凹槽18的一端与所述第二条状凹槽19的一端连接互通。
在该实施例中,进一步的优化中间信号线16,通过第一条状凹槽18和第二条状凹槽19的设计形成一些匹配枝节,在实现两种不同传输线的射频信号传输的情况下,进一步优化阻抗失配的问题,并且该馈电结构还具有低反射系数、低损耗、宽频带和易加工等优点。
参考图6,图6为本发明实施例提供的一种宽带共面波导转脊波导的馈电结构的反射系数曲线示意图,通过图6可知,其反射系数低于-15dB的带宽达到了5GHz,覆盖了76GHz-81GHz频段。
参考图7,图7为本发明实施例提供的一种宽带共面波导转脊波导的馈电结构的损耗曲线示意图,通过图7可知,最大传输损耗小于0.25dB的带宽达到5GHz。
进一步的,如图2和图6所示,所述第一金属层141和所述第二金属层143通过金属化过孔20连接,实现第一金属层141和第二金属层143的导通,达到相同的电势差保证信号传输的稳定性。
需要说明的是,在本发明实施例中金属化过孔20的数量为多个,具体数量并不做限定,可根据实际情况而定。
其中,所述金属化过孔20的直径为0.15mm-0.2mm,例如所述金属化过孔20的直径为0.15mm或0.16mm或0.17mm或0.18mm或0.19mm或0.2mm。
其中,相邻所述金属化过孔20之间的间距为0.35mm-0.45mm,例如相邻所述金属化过孔20之间的间距为0.35mm或0.36mm或0.37mm或0.38mm或0.39mm或0.40mm或0.41mm或0.42mm或0.43mm或0.44mm或0.45mm。
基于上述金属化过孔的参数特征,结合本发明实施例提供的工艺适用于W频段的过孔要求,基于其他频段、低频段下可以根据电尺寸大小缩放金属化过孔的孔径。
可选的,多个所述金属化过孔20阵列排布或多个所述金属化过孔20错位排布。
需要说明的是,本发明实施例提供的一种宽带共面波导转脊波导的馈电结构,其可以是两通道或三通道或四通道等其他多通道的馈电结构,本发明实施例中仅仅以四通道的馈电结构为例进行说明。
以上对本发明所提供的一种宽带共面波导转脊波导的馈电结构进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
需要说明的是,本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素,或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (14)
1.一种宽带共面波导转脊波导的馈电结构,其特征在于,所述馈电结构包括:
金属腔体,所述金属腔体包括第一表面和依次围绕所述第一表面设置的三个侧面,所述第一表面所在平面与所述侧面所在平面垂直;
位于所述金属腔体内部的多个脊波导和多个间隙波导,多个间隙波导主要由EBG结构构成;
位于所述金属腔体一侧且远离所述第一表面的共面波导;
其中,所述共面波导从所述脊波导的窄边与所述脊波导进行馈电连接。
2.根据权利要求1所述的馈电结构,其特征在于,所述第一表面上形成有脊波导馈电口。
3.根据权利要求1所述的馈电结构,其特征在于,所述共面波导包括:依次叠层设置的第一金属层、介质层和第二金属层;
所述第一金属层相邻所述脊波导;
所述共面波导还包括:
位于所述第一金属层上且背离所述介质层一侧的多个信号通道,任意一个所述信号通道包括中间信号线,以及位于所述中间信号线两侧的地信号线。
4.根据权利要求3所述的馈电结构,其特征在于,所述共面波导还包括:
位于所述中间信号线一端的耦合贴片;
其中,所述耦合贴片从所述脊波导的窄边与所述脊波导进行馈电连接。
5.根据权利要求4所述的馈电结构,其特征在于,所述耦合贴片的形状与所述脊波导的形状匹配。
6.根据权利要求3所述的馈电结构,其特征在于,所述中间信号线包括主信号线和分支信号线;
所述主信号线沿第一方向延伸,所述分支信号线沿第二方向延伸,所述第一方向与所述第二方向相交。
7.根据权利要求6所述的馈电结构,其特征在于,所述分支信号线的一端与所述主信号线的第一位置连接,所述第一位置与所述主信号线的两个端点之间的距离均大于零。
8.根据权利要求7所述的馈电结构,其特征在于,所述主信号线包括第一部分和第二部分,所述第一部分与所述分支信号线之间的夹角小于90°;
所述共面波导还包括:位于所述分支信号线中间区域的第一条状凹槽,所述第一条状凹槽沿所述第二方向延伸;
位于所述第二部分中间区域的第二条状凹槽,所述第二条状凹槽沿所述第一方向延伸;
所述第一条状凹槽的一端与所述第二条状凹槽的一端连接互通。
9.根据权利要求3所述的馈电结构,其特征在于,所述第一金属层和所述第二金属层通过金属化过孔连接。
10.根据权利要求9所述的馈电结构,其特征在于,所述金属化过孔的直径为0.15mm-0.2mm。
11.根据权利要求9所述的馈电结构,其特征在于,相邻所述金属化过孔之间的间距为0.35mm-0.45mm。
12.根据权利要求9所述的馈电结构,其特征在于,多个所述金属化过孔阵列排布。
13.根据权利要求9所述的馈电结构,其特征在于,多个所述金属化过孔错位排布。
14.根据权利要求1所述的馈电结构,其特征在于,所述馈电结构为两通道或三通道或四通道的馈电结构。
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ASTRID ALGABA BRAZÁLEZ等: "Design of a Coplanar Waveguide-to-Ridge Gap Waveguide Transition Via Capacitive Coupling", 《2012 6TH EUROPEAN CONFERENCE ON ANTENNAS AND PROPAGATION (EUCAP)》 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114824833A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-07-29 | 盛纬伦(深圳)通信技术有限公司 | 基于印刷电路板间隙波导技术的毫米波结型开槽阵列天线 |
CN114824833B (zh) * | 2022-07-01 | 2022-09-02 | 盛纬伦(深圳)通信技术有限公司 | 基于印刷电路板间隙波导技术的毫米波结型开槽阵列天线 |
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Publication number | Publication date |
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CN114639954B (zh) | 2022-08-12 |
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Denomination of invention: A feeding structure for broadband coplanar waveguide to ridge waveguide Granted publication date: 20220812 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Nanjing Jiangning branch Pledgor: NANJING HURYS INTELLIGENT TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2024980010482 |