CN115966870B - 一种接近截止频率使用的同轴矩形波导转换结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接近截止频率使用的同轴矩形波导转换结构，包括同轴连接器和波导管；波导管底部为法兰端面，波导管顶部设置有波导腔延伸至波导管底部，贯穿法兰端面，波导腔顶部为波导口，波导口为矩形口；波导管侧面连接同轴连接器，同轴连接器末端与波导管的长边所在的侧面连接；波导腔底部为过渡结构，过渡处至波导腔底部尺寸为用户要求尺寸a×b，过渡处至波导口尺寸为a1×b，a1＝187.5/f₀，f₀为用户使用频段的中心频率。使波导口高频性能仿真曲线为平底锅状。

Description

一种接近截止频率使用的同轴矩形波导转换结构

技术领域

本发明属于波导管领域，涉及一种接近截止频率使用的同轴矩形波导转换结构。

背景技术

矩形波导的波导口尺寸决定了其能够支持的波长及波型模式。波导的最低工作频率为一个波长的长度，正好等于波导横截面宽度的信号频率。

常规使用中，选择的波导口尺寸，应能够满足用户使用频率处于起始频率和终止频率之间。但是，在随着整机模块化、小型化以及对重量有严格要求的场合，用户希望尽量小的波导口尺寸可以用于较低的频率范围，就会自行根据公式计算好能满足使用频率的最小波导口尺寸，而该波导口尺寸对应的需要传输的频率，刚好处于截止频率与起始频率之间。

当用户要求的使用频率的带宽处于所选波导口的截止频率和起始频率之间时，高频性能仿真曲线为尖勾状，并且带宽非常窄，导致仿真带宽不能够覆盖用户实际使用带宽，实际加工出来的产品高频性能不能满足用户使用要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种接近截止频率使用的同轴矩形波导转换结构，使波导口高频性能仿真曲线为平底锅状。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种接近截止频率使用的同轴矩形波导转换结构，包括同轴连接器和波导管；

波导管底部为法兰端面，波导管顶部设置有波导腔延伸至波导管底部，贯穿法兰端面，波导腔顶部为波导口，波导口为矩形口；波导管侧面连接同轴连接器，同轴连接器末端与波导管的长边所在的侧面连接；

波导腔底部为过渡结构，过渡处至波导腔底部尺寸为用户要求尺寸a×b，过渡处至波导口尺寸为a1×b，a1＝187.5/f₀，f₀为用户使用频段的中心频率。

优选的，波导腔内过渡处为台阶过渡。

优选的，当采用探针激励结构时，同轴连接器底端连接有探针一端，探针另一端伸入波导腔内，波导腔内设置有短路块，短路块位于探针上方，靠近波导口设置，短路块为矩形块，尺寸与波导口处的尺寸一致。

进一步，波导腔过渡处顶部与同轴连接器轴心的距离，为a1×b波导口在频率f₀时波长的四分之一。

进一步，探针位于波导腔内的长度为波导腔底端短边尺寸的一半。

进一步，短路块采用金属制成。

优选的，当采用阶梯块激励结构时，波导腔内靠近波导口处设置有阶梯块，同轴连接器底端至波导腔远离同轴连接器的侧面之间设置有通道，通道与同轴连接器同轴设置，通道将阶梯块对应位置贯穿。

进一步，过渡处顶部与同轴连接器轴心的距离，为H3+a1×b波导口在频率f₀时波长的四分之一，H3为同轴连接器轴心与阶梯块底端的距离。

进一步，阶梯块竖截面为单边三层台阶面结构，纵截面为T型结构。

进一步，阶梯块采用金属制成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明将波导腔底部设置为为过渡结构，过渡处至波导腔底部法兰端尺寸可以设置为用户要求尺寸，过渡处至波导口上端尺寸根据用户使用频段的中心频率进行重新设计，从而在满足用户需求的前提下，使仿真曲线为平底锅状，保证带宽内反射系数低于0.1，可以满足仿真带宽大于用户实际使用的频率范围，加工出来的产品高频性能指标优越，能够满足用户使用要求。

附图说明

图1为本发明的探针激励结构的截面示意图；

图2为本发明的图1的A-A向截面图；

图3为本发明的探针激励结构的俯视图；

图4为本发明的阶梯块激励结构的截面示意图；

图5为本发明的图4的A-A向截面图；

图6为本发明的阶梯块激励结构的俯视图；

图7为本发明的同轴矩形波导转换结构的仿真波形图。

其中：1-同轴连接器；2-波导管；3-短路块；4-过渡台阶；5-探针；6-阶梯块。

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。

需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1-6所示，本发明所述的一种接近截止频率使用的同轴矩形波导转换结构，包括同轴连接器1和波导管2。

波导管2底部为法兰端面，波导管2顶部设置有波导腔延伸至波导管2底部，贯穿法兰端面，波导腔顶部为波导口，波导口为矩形口，由长边和短边组成。

波导管2侧面连接同轴连接器1，同轴连接器1末端与波导管2的长边所在的侧面连接，同轴连接器1轴向与波导管2高度方向垂直。

矩形波导的波导口尺寸决定了其能够支持的波长及波型模式。波导的最低工作频率为一个波长的长度，正好等于波导横截面宽度的信号频率。矩形波导口的截止频率为：

Fc＝c/λ＝c/2a，

其中，F为频率，λ＝2a，c为电磁波在真空中的传输速率，为3×10⁸m/s，λ为波长，a为波导口长边尺寸。

因此，波导口长边尺寸a越大，使用频率就越低，a越小，使用频率就越高。

将波导腔做成过渡尺寸，过渡处至法兰端面波导腔底部尺寸为用户要求的尺寸a×b，过渡处至波导管上端面波导口尺寸设置为a1×b。其中，a1＝187.5/f₀，f₀为用户使用频段的中心频率。

将波导腔a1×b与a×b过渡处设置为台阶过渡，a×b处位于波导腔底部，形成过渡台阶4。

本实施例中，以用户使用频段的中心频率为22GHz为例，a1＝187.5/f₀，计算得到a1＝8.5，将波导口长边尺寸调整至8.5时，其起始频率为22GHz，与用户实际使用频率接近，因此，将与同轴线匹配的波导口尺寸调整为8.5×b，在同轴线下方，将波导口尺寸过渡为用户端要求尺寸7.5×b，其高频性能仿真曲线为平底锅状，如图7所示。

同轴矩形波导转换主要有侧馈和直馈两种馈电形式；其中，侧馈结构还可细分为探针激励结构和阶梯块激励结构，直馈主要为阶梯块激励结构。本发明的方法对于侧馈和直馈两种馈电形式均适用。

如图1-3所示，为探针激励结构的同轴线转波导，波导腔底端尺寸为a×b，探针5一端伸入同轴连接器1底端，另一端伸入波导腔内，另一端与波导腔远离同轴连接器1的侧面间隙设置，具体的，探针5位于波导腔内的长度为波导腔底端短边尺寸b的一半。

波导腔内设置有短路块3，短路块3采用金属制成，短路块3位于探针5上方，靠近波导口设置，短路块3为矩形块，尺寸与波导口处的尺寸一致，将波导口处堵住。

同轴端的探针5伸入波导腔内的长度和短路块3距离同轴线中心的高度对高频性能有主要影响。

尺寸d1、L1及H1需使用电磁仿真软件CST或者HFSS进行计算确认，过渡台阶4顶部距离同轴连接器1轴心的高度H2尺寸约为a1×b波导口在频率f₀时波长的四分之一。

如图4-6所示，为阶梯块激励结构的同轴线转波导，功率大于探针激励结构的同轴线转波导，波导腔底端尺寸为a×b，阶梯块激励结构的同轴线转波导中，不设置探针5，但同轴连接器1底端至波导腔远离同轴连接器1的侧面之间设置有通道，通道与同轴连接器1同轴设置，通道将阶梯块6对应位置同样贯穿。

波导腔内靠近波导口处设置有阶梯块6，阶梯块6采用金属制成，阶梯块6在图4截面中为一边为三层台阶面，另一边为完整边，形成单边三层台阶面结构，阶梯块6在图5截面中为T型结构，T型结构的竖边对应图4截面中的靠下的两层台阶面，阶梯块6顶部尺寸与波导口处的尺寸一致，将波导口处堵住。

阶梯块激励结构的同轴线转波导，其内部阶梯块6的尺寸对高频性能有主要影响。

阶梯块6宽度W一般在仿真前给一固定值，然后通过电磁仿真软件CST或者HFSS对尺寸X1、X2、H1、H2和H3进行计算确认。

过渡台阶4顶部距离同轴连接器1轴心的高度H4尺寸约为H3+a1×b波导口在频率f₀时波长的四分之一，H3为同轴连接器1轴心与阶梯块6底端的距离。

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、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本专利的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主题内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (10)

1.一种接近截止频率使用的同轴矩形波导转换结构，其特征在于，包括同轴连接器（1）和波导管（2）；

波导管（2）底部为法兰端面，波导管（2）顶部设置有波导腔延伸至波导管（2）底部，贯穿法兰端面，波导腔顶部为波导口，波导口为矩形口；波导管（2）侧面连接同轴连接器（1），同轴连接器（1）末端与波导管（2）的长边所在的侧面连接；

波导腔底部为过渡结构，过渡处至波导腔底部尺寸为用户要求尺寸a×b，过渡处至波导口尺寸为a1×b，a1=187.5/ f₀，f₀为用户使用频段的中心频率，a＜a1。

2.根据权利要求1所述的接近截止频率使用的同轴矩形波导转换结构，其特征在于，波导腔内过渡处为台阶过渡。

3.根据权利要求1所述的接近截止频率使用的同轴矩形波导转换结构，其特征在于，当采用探针激励结构时，同轴连接器（1）底端连接有探针（5）一端，探针（5）另一端伸入波导腔内，波导腔内设置有短路块（3），短路块（3）位于探针（5）上方，靠近波导口设置，短路块（3）为矩形块，尺寸与波导口处的尺寸一致。

4.根据权利要求3所述的接近截止频率使用的同轴矩形波导转换结构，其特征在于，波导腔过渡处顶部与同轴连接器（1）轴心的距离，为a1×b波导口在频率f₀时波长的四分之一。

5.根据权利要求3所述的接近截止频率使用的同轴矩形波导转换结构，其特征在于，探针（5）位于波导腔内的长度为波导腔底端短边尺寸的一半。

6.根据权利要求3所述的接近截止频率使用的同轴矩形波导转换结构，其特征在于，短路块（3）采用金属制成。

7.根据权利要求1所述的接近截止频率使用的同轴矩形波导转换结构，其特征在于，当采用阶梯块激励结构时，波导腔内靠近波导口处设置有阶梯块（6），同轴连接器（1）底端至波导腔远离同轴连接器（1）的侧面之间设置有通道，通道与同轴连接器（1）同轴设置，通道将阶梯块（6）对应位置贯穿。

8.根据权利要求7所述的接近截止频率使用的同轴矩形波导转换结构，其特征在于，过渡处顶部与同轴连接器（1）轴心的距离，为H3+a1×b波导口在频率f₀时波长的四分之一，H3为同轴连接器（1）轴心与阶梯块（6）底端的距离。

9.根据权利要求7所述的接近截止频率使用的同轴矩形波导转换结构，其特征在于，阶梯块（6）竖截面为单边三层台阶面结构，纵截面为T型结构。

10.根据权利要求7所述的接近截止频率使用的同轴矩形波导转换结构，其特征在于，阶梯块（6）采用金属制成。