CN114784475A - 带有微带滤波枝节的毫米波波导-悬置微带探针过渡结构 - Google Patents

带有微带滤波枝节的毫米波波导-悬置微带探针过渡结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开带有微带滤波枝节的毫米波波导‑悬置微带探针过渡结构，属于毫米波无源器件技术领域，在一端插入减高波导的介质基片上方设置有悬置微带探针结构，其包括依次连接的E面微带探针、第一微带渐变线、第一微带滤波枝节、第一传输匹配线、第二微带滤波枝节、第二微带渐变线和第二传输匹配线；优选地，第一微带滤波枝节和第二微带滤波枝节的开口方向相对，并且均由两个底边微带端接的L型枝节构成。本发明公开的探针过渡结构兼具模式转换和滤波功能，在保证低损耗、宽带宽和优异滤波性能的同时，极大缩小悬置微带探针结构的长度，更加利于电路系统集成。

Description

带有微带滤波枝节的毫米波波导-悬置微带探针过渡结构
技术领域
本发明属于毫米波无源器件技术领域，具体涉及带有微带滤波枝节的毫米波波导-悬置微带探针过渡结构。
背景技术
毫米波是频率范围在30～300GHz的电磁波，处于电磁波波谱上的微波与远红外波之间。因此，毫米波不仅有着微波与红外波的特性，还有着自身独特的性质，在电子信息、雷达对抗、环境监测、生物医学等领域有着广泛的应用前景，也是近几十年的研究热点。由于毫米波频率较高，传输线一般选用传输损耗更小、功率容量更高的波导。但是毫米波器件与芯片电路为了便于平面集成，一般选用微带线连接电路，因此波导-微带探针过渡结构是十分关键的。同时为了得到更加纯净的波谱信号，需要设计专门的滤波电路来提取所需要的频率信号，降低其他频率信号对电路性能的影响。这两个电路在毫米波倍频器、混频器等电路中有着重要作用，因此需要着重关注。
毫米波波导-探针过渡结构与滤波器经过多年研究，都有各自专门的电路结构去满足设计需求，分开设计后通过匹配传输线连接。一方面需要耗费较长时间单独设计两个电路，不利于控制电路尺寸与电路系统集成，若传输线过长，会带来很大的电路传输损耗。另一方面还需要考虑到两个电路的匹配问题，若电路匹配不当，会严重影响整体电路性能。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供带有微带滤波枝节的毫米波波导-悬置微带探针过渡结构，兼具模式转换和滤波功能，解决传统电路设计的集成度低、电路尺寸大而带来的高传输损耗等问题。
本发明所采用的技术方案如下：
带有微带滤波枝节的毫米波波导-悬置微带探针过渡结构，包括一端插入减高波导的介质基片，介质基片上方设置悬置微带探针结构；其特征在于，所述悬置微带探针结构包括依次连接的E面微带探针、第一微带渐变线、第一微带滤波枝节、第一传输匹配线、第二微带滤波枝节、第二微带渐变线和第二传输匹配线。
进一步地，所述E面微带探针位于减高波导内部。
进一步地，第一微带滤波枝节和第二微带滤波枝节均由两个底边微带端接的L型枝节构成，并且第一微带滤波枝节与第二微带滤波枝节的开口方向相对。
进一步地，所述悬置微带探针结构为轴对称图形。
进一步地，所述第一微带渐变线用于实现E面微带探针与第一微带滤波枝节的宽度过渡，即第一微带渐变线连接E面微带探针端的宽度与E面微带探针的宽度相同，连接第一微带滤波枝节端的宽度与第一微带滤波枝节的宽度相同。
进一步地，所述第二微带渐变线用于实现第二微带滤波枝节与第二传输匹配线的宽度过渡，即第一微带渐变线连接第二微带滤波枝节端的宽度与第二微带滤波枝节的宽度相同，连接第二传输匹配线端的宽度与第二传输匹配线的宽度相同。
进一步地，所述第一微带滤波枝节和第二微带滤波枝节的长度和宽度尺寸可以不一致，具体尺寸由根据实际设计指标确定。
进一步地，所述第一微带滤波枝节与第二微带滤波枝节的枝节宽度大于第一传输匹配线的宽度，小于介质基片的宽度；所述第一微带滤波枝节的宽度可小于E面微带探针的宽度，所述第二微带滤波枝节的宽度可小于第二传输匹配线宽度。
本发明的有益效果为：
本发明提出的带有微带滤波枝节的毫米波波导-悬置微带探针过渡结构，兼具模式转换和滤波功能；相比于传统两个电路组合的结构，本发明提出的探针过渡结构可在保证低损耗、宽带宽和优异滤波性能的同时，极大缩小悬置微带探针结构的长度，更加利于电路系统集成。
附图说明
图1为本发明实施例1提出的带有微带滤波枝节的毫米波波导-悬置微带探针过渡结构的俯视图；
图2为本发明实施例1提出的带有微带滤波枝节的毫米波波导-悬置微带探针过渡结构的立体透视图；
图3为本发明实施例1提出的带有微带滤波枝节的毫米波波导-悬置微带探针过渡结构与对比例1提出的传统波导微带探针加CMRC滤波器、对比例2提出的传统波导微带探针的基片示意图；其中，(a)为实施例1，(b)为对比例1，(c)为对比例2；
图4为本发明实施例1提出的带有微带滤波枝节的毫米波波导-悬置微带探针过渡结构的低频段仿真结果示意图；
图5为本发明实施例1提出的带有微带滤波枝节的毫米波波导-悬置微带探针过渡结构与对比例2提供的传统波导微带探针结构的高频段仿真结果示意图；其中，(a)为实施例1，(b)为对比例2；
附图中各标记的说明如下：
1、标准波导；2、减高波导；3、波导短路面；4、介质基片；5、E面微带探针；6、第一传输匹配线；7、第二传输匹配线；8、第一微带滤波枝节；9、第二微带滤波枝节；10、第一微带渐变线；11、第二微带渐变线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图与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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供了带有微带滤波枝节的毫米波波导-悬置微带探针过渡结构，适用于毫米波甚至太赫兹波频段电路。结构如图1和图2所示，包括标准波导1、减高波导2、波导短路面3、屏蔽腔、介质基片4和设置于介质基片4上方的悬置微带探针结构；其中，标准波导1选用WR10型，与减高波导2、波导短路面3依次相连；介质基片4的厚度为30μm，宽度为0.3mm，材料选用石英，其一端插入减高波导2，剩下区域位于屏蔽腔内部。
所述介质基片4的示意图如图3(a)所示，上方的悬置微带探针结构为轴对称图形，对称轴为介质基片4的横向中心线，包括依次连接的E面微带探针5、第一微带渐变线10、第一微带滤波枝节8、第一传输匹配线6、第二微带滤波枝节9、第二微带渐变线11和第二传输匹配线7。
所述E面微带探针5位于减高波导2内部，悬置微带探针结构的其余部分位于屏蔽腔内部。
所述第一微带渐变线10用于实现E面微带探针5与第一微带滤波枝节8的宽度过渡，即第一微带渐变线10连接E面微带探针5端的宽度与E面微带探针5的宽度相同，连接第一微带滤波枝节8端的宽度与第一微带滤波枝节8的宽度相同。
所述第二微带渐变线11用于实现第二微带滤波枝节9与第二传输匹配线7的宽度过渡，即第一微带渐变线11连接第二微带滤波枝节9端的宽度与第二微带滤波枝节9的宽度相同，连接第二传输匹配线7端的宽度与第二传输匹配线7的宽度相同。
所述第一微带滤波枝节8和第二微带滤波枝节9均由两个底边微带端接的L型枝节构成，并且第一微带滤波枝节8与第二微带滤波枝节9的开口方向相对，均朝向中间的第一传输匹配线6。
所述第一传输匹配线6和第二传输匹配线7为高低阻抗线。
其中，所述E面微带探针5的宽度为240μm，长度为670μm；所述第一微带渐变线10的长度为20μm；对于第一微带滤波枝节8的L型枝节，其底边微带的宽度为135μm，长度为40μm，垂直边微带的宽度为27μm，长度为115μm；所述第一传输匹配线6的长度为295μm，宽度为25μm；对于第二微带滤波枝节9的L型枝节，其底边微带的宽度为125μm，长度为35μm，垂直边微带的宽度为27μm，长度为120μm；所述第二微带渐变线11的长度为35μm；所述第二传输匹配线7的宽度为90μm，长度为95μm。
对比例1
本对比例提出了一种传统波导微带探针加CMRC(紧凑微带谐振单元滤波器)滤波器结构，其基片示意图如图3(b)所示，基片的厚度为30μm，宽度为0.3mm，材料选用石英。所述结构可实现波导-微带的模式转换和滤波功能。
对比例2
本对比例提出了一种传统波导微带探针结构，其基片示意图如图3(c)所示，与对比例1相比，不包括CMRC滤波器结构，仅实现波导-微带的模式转换功能。
对实施例1提出的探针过渡结构进行低频段仿真，结果如图4所示，可知在73.1～93.7GHz频段里，探针过渡结构的插入损耗小于0.15dB，回波损耗大于20dB，表明该结构具有模式转换功能且可实现优越性能。
之后对实施例1提出的探针过渡结构和对比例2提出的传统波导微带探针结构进行高频段仿真，结果如图5所示，在175～320GHz频段里，如图5(b)所示对比例2提出的传统波导微带探针结构的高频段S21较大，而如图5(a)所示实施例1提出的探针过渡结构的S21除了几个毛刺点之外均小于-20dB，表明实施例1提出的探针过渡结构还具有优异的滤波功能。
对比例1提出的传统波导微带探针加CMRC滤波器结构同样可实现波导-微带的模式转换和滤波功能，但其基片尺寸为1.685mm，大于实施例1提出的探针过渡结构的基片尺寸1.21mm，表明本发明提出的带有微带滤波枝节的毫米波波导-悬置微带探针过渡结构可在保证低损耗、宽带宽和优异滤波性能的同时，极大缩小悬置微带探针结构的长度。这将增加电路集成度，使整体电路尺寸更小，降低电路传输损耗，避免了传统波导-微带探针过渡结构与滤波器之间由于失配对整体电路性能造成严重的影响，有着结构简单，便于设计与加工的特点。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。

Claims (3)

1.带有微带滤波枝节的毫米波波导-悬置微带探针过渡结构，包括一端插入减高波导的介质基片，介质基片上方设置悬置微带探针结构；其特征在于，所述悬置微带探针结构包括依次连接的E面微带探针、第一微带渐变线、第一微带滤波枝节、第一传输匹配线、第二微带滤波枝节、第二微带渐变线和第二传输匹配线。
2.根据权利要求1所述带有微带滤波枝节的毫米波波导-悬置微带探针过渡结构，其特征在于，所述E面微带探针位于减高波导内部。
3.根据权利要求1所述带有微带滤波枝节的毫米波波导-悬置微带探针过渡结构，其特征在于，所述第一微带滤波枝节和第二微带滤波枝节均由两个底边微带端接的L型枝节构成，并且第一微带滤波枝节与第二微带滤波枝节的开口方向相对。
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