CN115473025B - 基于微带－波导混合集成的波导差端口魔t - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于微带－波导混合集成的波导差端口魔T。该结构包含第一介质基板和第二介质基板，第一微带电路和第二微带电路，第一金属过孔和第二金属过孔，以及公共金属地。进入矩形波导端口的信号，将通过能量转换电路将电磁能量从矩形波导转换到微带电路中，然后通过魔T电路实现功分功能。其在现有基本理论上，采用二层介质基板与微带线结构，提供了基于微带－波导混合集成的波导差端口魔T。与传统结构相比，本发明具有尺寸较小，结构紧凑，集成度高的特性，将矩形波导到平面电路过渡电路与魔T结合为同一部件，能更好的适应现代微波无线通信系统对器件尺寸日益苛刻的要求。

Description

基于微带－波导混合集成的波导差端口魔T
技术领域
本发明属于微波通信设备技术领域，具体涉及一种基于微带－波导混合集成的波导差端口魔T。
背景技术
魔T是微波领域常用的微波元件，是射频前端重要的组成部分。经典的魔T由金属波导构成，体积大、成本高。而其端口均为波导，与时下流行的平面电路系统并不兼容，需要进一步级联过渡结构实现互联。因而研究和发展小型化、适用平面电路的魔T的对于现代微波毫米波系统的发展具有十分重要的意义。
发明内容
鉴于背景技术存在的缺陷，本发明提供了基于微带－波导混合集成的波导差端口魔T。魔T的差端口为矩形波导，其余三个端口为同一平面上的微带线端口。使用多层板电路实现的魔T，解决了传统波导体积大、级联复杂的问题，特别适用于各种微波毫米波测量和通信系统中。
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种基于微带－波导混合集成的波导差端口魔T，包含波导端口(1)，第一介质基板(2)，公共金属地(3)，第二介质基板(4)，第一微带电路(5)，第一金属过孔(6)，第二金属过孔(7)，金属过孔围栏(8)，和路端口(9)，第一功分端口(10)，第二功分端口(11)和匹配枝节(12)。
本发明所提出的基于微带－波导混合集成的波导差端口魔T的工作原理如下：
信号从矩形波导端口输入后，其中的TE10模式经过第一微带电路，第一金属过孔，第二金属过孔以及公共金属地所构成的闭合回路转换成平面电路的TEM模，由于TE10模式的对称性与法拉第电磁定律，产生的电流在第一介质表面流向相同，通过不同方向使用金属过孔引出电流到输出端口，在第一功分端口和第二功分端口得到幅度相等、方向相反的信号，并且在和路端口没有能量输出。
信号从和路端口输入后，经过匹配电路会在第一功分端口和第二功分端口得到幅度相等、方向相同的信号，在矩形波导端口没有能量输出。
进入第一功分端口或者第二功分端口的信号，将由矩形波导和和路端口等分输出，而不进入另一端口。
本发明的优点和显著效果在于：
本发明所提出的基于微带－波导混合集成的波导差端口魔T，同时具有矩形波导和微带输出端口，不但简化射频前端中天线的馈电巴伦与平面电路的级联，而且具有结构简单、尺寸小巧和方便加工的特点，为小型化射频前端系统提供解决方案。
附图说明
图1是本发明提出的基于微带－波导混合集成的波导差端口魔T的示意图；
图2是本发明提出的基于微带－波导混合集成的波导差端口魔T第一介质基板的电路结构图；
图3是本发明提出的基于微带－波导混合集成的波导差端口魔T第二介质基板的电路结构图；
图4是实施范例中基于微带－波导混合集成的波导差端口的回波损耗；
图5是实施范例中基于微带－波导混合集成的波导差端口的插入损耗；
图6是实施范例中基于微带－波导混合集成的波导差端口的隔离；
图7是实施范例中基于微带－波导混合集成的波导差端口的端口之间相位关系；
附图中标号对应名称为：
波导端口(1)，第一介质基板(2)，公共金属地(3)，第二介质基板(4)，第一微带电路(5)，第一金属过孔(6)，第二金属过孔(7)，金属过孔围栏(8)，和路端口(9)，第一功分端口(10)，第二功分端口(11)和匹配枝节(12)。
具体实施方式
为了使本发明要解决问题、技术方案和优点更加清晰，使本领域技术人员可通过本书明阐述的内容容易的了解到其优势和特点。下面将通过举例对本发明进行详细说明。
如图1所示为本发明提出的一种矩形波导到微带结构的魔T。选择魔T的工作频段为X波段，该实例器件包括能量转换电路和魔T功分电路。能量转换电路将电磁能量在矩形波导与二维平面电路之间进行转换。从矩形波导端口进入的信号经能量转换电路转换后通过金属化过孔传输到魔T功分电路，在两个微带功分端口产生等幅同相输出；从微带差端口进入的信号，将通过微带线在两个微带功分端口产生等幅反相输出。
进一步的，矩形波导端口可以为标准波导端口，也可以根据工程需要进行尺寸调整。
对称微带结构长度为二分之一工作波长，第一介质基板厚度为四分之一工作波长。
组合优化之后，除去矩形波导，横向尺寸约为33mm，纵向尺寸约为10mm，可见尺寸较小，结构紧凑。
图4-图7为该矩形波导到微带结构的魔T的S参数仿真结果，其中，矩形波导端口为端口1，第一功分端口为端口2，第二功分端口为端口3，和路端口为端口4，可以看出在工作频率内：
①S11、S22、S33、S44均小于-20dB，说明各个端口输入回波性能良好。
②S21、S31小于3.1dB，说明从端口1进入魔T的能量从端口2和端口3均分输出；S24、S34小于3.4dB，说明从端口4进入魔T的能量从端口2和端口3均分输出。
③S41、S23小于-20dB，说明矩形波导端口与微带和端口间具有隔离性能；两个微带功分端口间具有隔离性能。
④ang_deg(S21)-ang_deg(S31)＝180，说明端口1为差端口；ang_deg(S24)-ang_deg(S34)＝0，说明端口4为和端口。
可以看出该实例实现了魔T功能，并在工作频段内具有良好的信号能量分配和隔离性能，且隔离度和回波损耗小于-20dB。

Claims (1)

1.基于微带－波导混合集成的波导差端口魔T，其特征在于,其包含了从上至下依次层叠设置的矩形波导差端口(1)，第一介质基板(2)，公共金属地(3)，第二介质基板(4)；还包括第一微带电路(5)，第一金属过孔(6)，第二金属过孔(7)，金属过孔围栏(8)，和路端口(9)，第一功分端口(10)，第二功分端口(11)和匹配枝节(12)；其中，所述第一微带电路(5)为两个形状相同且中心对称的微带电路，贴合于第一介质基板(2)上表面并水平于矩形波导差端口(1)；所述和路端口(9)，第一功分端口(10)，第二功分端口(11)和匹配枝节(12)位于所述第二介质基板(4)的表面，第一介质基板(2)和第二介质基板(4)中间夹设公共金属地(3)，第一微带电路(5)的一端通过第一金属过孔(6)连接公共金属地(3)，另一端通过第二金属过孔(7)连接第一功分端口(10)和第二功分端口(11)；金属过孔围栏(8)位于第一介质基板，位置对应于矩形波导差端口(1)。
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