CN117937107A - 长度减小的悬置带状线到双脊波导的过渡 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种装置(200)，其包括：介电的基板(100)，其具有顶面(100a)以及与顶面(100a)相对的底面(100b)；带状线(121)，其布置于基板(100)的顶面(100a)，该带状线(121)包括用于给装置(200)提供电信号的波导馈电端子(103)和至少一个用于通过波导(210)将电信号过渡为射频信号的波导过渡端子(101,102)；至少一个金属贴片(111,112,113)，其布置于基板(100)的底面(100b)，位于波导馈电端子(103)和至少一个波导过渡端子(101,102)中的至少一个的下方。其中，所述至少一个金属贴片(111,112,113)被配置为形成电信号与射频信号的耦合，以便将带状线(121)与波导(210)相匹配。

Description

长度减小的悬置带状线到双脊波导的过渡

技术领域

本公开涉及一种长度减小的悬置带状线到双脊波导的过渡(transition)，可用于飞行器尾部安装的应用的阵列天线，特别是用于卫星通信的Ka波段。本公开特别是涉及一种新的改进，通过去除阶梯来减小阶梯式波导的悬置带状线(SSL,Suspended-Stripline)到双脊波导(WRD,Double Ridged Waveguide)的过渡的长度。

背景技术

目前可获得的用于飞行器尾部安装的应用的Ka波段阵列天线在内部馈电网络中使用了许多悬置带状线(SSL)到双脊波导的过渡。为了使SSL传输线与波导良好匹配，需要波导横截面中有多个阶梯。由这些阶梯式波导设计，部件中的反射可保持在较低水平，更多射频(RF)能量可通过该部件传输。因此，已知的天线设计使用波导横截面中的多个阶梯来控制场，以提供良好的宽频段或多频段匹配。这种阶梯式波导设计的主要缺点是波导横截面的多阶梯会增加天线孔径(aperture)的深度(depth)和质量(mass)。波导的阶梯使天线口的深度增加了几毫米，从而增大了天线的总尺寸，最后，天线无法装配于客户的尾部安装的天线罩的有限容积内。如果去除这些阶梯，就可以从孔径深度上减少几毫米，但过渡的性能会严重下降。

阶梯式波导的另一个缺点在于，波导脊之间的间隙可能会非常小。如果间隙过小，就可能成为制造上的问题，将不得不小心谨慎以确保合理的切削工具能够适配波导脊之间的微小间隙。

发明内容

本公开的目的在于提供一种用于在电信号和射频信号之间进行过渡的紧凑型装置，其不具有波导横截面的阶梯，可装配于由客户指定的尾部安装的天线罩的有限容积内，而并没有严重降低其性能。

在研究了多种可能的解决方案后，发现恢复较短过渡的射频性能的最有效方法是在悬置带状线式射频印刷电路板(SSL RFPCB)的对侧引入一小块矩形铜制贴片(patch)。这用于整个孔径中的许多过渡中的每一个。有了这些铜片，就不需要任何阶梯，不需要改造波导横截面，生产更简单。

本公开是基于这一发现，即，通过在悬置带状线式印刷电路板的信号导体的对侧引入一小块矩形铜贴片，可获得类似于波导横截面的阶梯所产生的效果。这意味着不需要额外的部件，而且可以将铜贴片作为印刷电路板产品的一部分进行蚀刻，而不用考虑对印刷电路板的接地平面(ground plane)几何结构做蚀刻。

铜片的作用是改变悬置带状线的电感指(inductive finger)在波导区域的匹配，在过渡区域增加电容以提供良好的匹配，从而在所需的接收和发射频带实现最大功率传输。电感“指”和电容性贴片的复杂组合改善了悬置带状线和波导过渡区域之间的匹配。每个贴片的精确位置和尺寸通过自动优化而非经验方法来确定。

与目前的技术水平相比，本发明的优势在于，天线可适配于根据客户要求的指定天线罩内。下面介绍的天线比传统的反射天线性能更好。与传统的天线相比，所披露的装置在接收和发射频带的工作带宽更宽，并且与传统的反射天线相比，在相同直径下具有更高的孔径效率(aperture efficiency)。

这样做的其它优点还包括：射频印刷电路板制造中没有额外成本，降低了铝制波导部件的加工复杂度，减小了天线孔径的深度，以及由于天线孔径更薄而减小了天线孔径的质量。之所以要将天线孔径做得更薄，是因为天线孔径要与定位器相连，而定位器也必须适配在飞行器尾部天线罩所允许的狭小空间内。从单个悬置带状线至波导的高度在30GHz降低了约0.265λ。双悬置带状线到波导的过渡的高度在30GHz降低了约0.388λ。

本公开所描述的波导是一种通过将能量传输限制在一个方向而以极小能量损耗引导例如电磁波的波的结构。

本公开所描述的脊波导是一种具有导电脊的波导，导电脊从顶壁或底壁或这两壁突出到波导中心。脊与波导的短壁平行。具有单个从顶壁或底壁突出的脊的矩形波导称为单脊波导。顶壁和底壁都有脊的矩形波导称为双脊波导。与常规矩形波导相比，脊波导在基模(fundamental mode)具有更低的阻抗和更宽的带宽。此外，脊波导的截止频率较低，功率处理能力(power handling capability)也较低。脊波导可用于阻抗匹配，因为其会降低波导的特性阻抗。此外，与传统波导相比，脊波导能够提供更高的带宽。

本公开所描述的带状线或带状线电路使用夹在两个平行接地平面之间的扁平金属带。基板的绝缘材料构成电介质。带的宽度、基板的厚度和基板的相对介电常数决定了带，即传输线的特性阻抗。中心导体不必与两个接地平面等距间隔。在一般情况下，中心导体上下的介电材料可以不同。为防止传输不需要的模，应将两个接地平面短接在一起，这可以通过在每一侧与该带平行的一些通孔来实现。

本公开所描述的悬置带状线(SSL)是在薄基板上蚀刻出来的，整个结构是封闭的。这样，条纹线就悬浮在金属结构中。悬置带状线的两侧都有空气作为电介质。悬置带状线的结构支持纯TEM模传输。SSL具有以下优点：无杂散辐射(spurious radiation)；工作带宽更宽；损耗低；Q因子高。

本公开描述了一种金属贴片。该金属贴片是位于基板(如印刷电路板)表面的各种形状的平面金属片或金属箔。例如，该金属贴片可以是矩形，可以由铜制成。

本公开描述了Ka波段的通信。具体来说，根据IEEE系统的定义，Ka波段的频率范围为26～40GHz，其中，在自由空间中，26GHz的波长为11.5mm，40GHz的波长为7.5mm。Ka波段频谱广泛用于宽带数据通信、移动电话和数据应用以及直接到户(DTH,Direct to Home)广播。Ka波段收发器、发射器和接收器由于工作在频谱的Ka波段部分，因而可提供较高的数据吞吐量和带宽。大多数在Ka波段工作的高吞吐量卫星(HTS,High Throughput Satellites)通常属于以下Ka波段：27.5～31GHz(上行链路)和17.7～21.2Ghz(下行链路)，带宽为3.5GHz。

根据第一方面，本公开涉及一种在电信号和射频信号之间过渡的装置，该装置包括：基板，该基板为电介质，该基板具有顶面以及与顶面相对的底面；带状线，该带状线布置于基板的顶面，该带状线包括波导馈电端子和至少一个波导过渡端子，波导馈电端子用于向装置提供电信号，波导过渡端子用于通过波导将电信号过渡为射频信号；和至少一个金属贴片，布置于基板的底面，位于前述波导馈电端子和前述至少一个波导过渡端子中的至少一个的下方；其中，前述至少一个金属贴片被配置为形成电信号与射频信号的耦合，以便将带状线与波导相匹配。

由于波导横截面不再有阶梯，这种装置可以非常紧凑，从而适配于客户指定的尾部安装天线罩的有限制的容积内，而不会严重降低其性能。

在基板的反面引入金属贴片后，就不再需要阶梯，不需要改造波导横截面，生产起来更简单。金属贴片能产生类似于波导横截面的阶梯设置所起的效果。因此，不需要额外的部件，波导的尺寸和重量都可以减小，而不会降低性能。

在该装置的一个示例实施方案中，该装置还包括一个波导，该波导连接到前述的基板上，其中，该波导是具有恒定横截面的无阶梯波导。

这样做的好处是，具有恒定截面的无阶梯波导与有阶梯波导相比，长度可以缩短，从而装得进尾部安装天线罩的有限空间。通过引入金属贴片，装置的性能不会降低。

在该装置的一个示例实施方案中，波导馈电端子和至少一个波导过渡端子形成为电感指；其中，前述的至少一个金属贴片形成电容性元件，与相应的电感指相互作用，形成了波导馈电端子和至少一个波导过渡端子的阻抗。

这样做的好处是，可以通过设计调整电感指的电感性元件和金属贴片的电容性元件，以获得带状线与波导的匹配，从而提高天线增益。

电感指是指提供电感成分的带状线的突出部分。例如，电感指可以形成为钩状。在电感指处，带状线的走向可以在不同方向上变化，以实现电感成分。

在该装置的一个示例实施方案中，至少两个波导过渡端子的电感指被对准指向同一方向。

这样做的好处是，各波导过渡端子可以在同相位。因此，可以用多个这样的装置设计出改进的天线阵列。

在该装置的一个示例实施方案中，前述至少一个金属贴片呈矩形。

这样做的好处是，金属贴片可以很容易地制造，例如通过将金属箔切割成较小的部分。

在该装置的一个示例实施方案中，前述的带状线包括悬置带状线；并且/或者，前述的波导包括双脊波导。

这种悬置带状线具有无杂散辐射、更宽的工作带宽、低损耗和高Q因子等优点。与常规矩形波导相比，双脊波导在基模具有更低的阻抗和更宽的带宽。双脊波导还具有较低的截止频率和较低功率下的处理能力。双脊波导可以有效地用于阻抗匹配，因为它降低了波导的特性阻抗。此外，与常规矩形波导相比，双脊波导的带宽更高。

在该装置的一个示例实施方案中，基板是包括顶面金属化结构和底面金属化结构的印刷电路板；带状线形成为顶面金属化结构中的蚀刻信号路径，金属贴片形成为底面金属化结构中的蚀刻金属岛。

这样做的好处是，采用印刷电路板时该装置易于制造。生产带状线和金属贴片的制造步骤可由生产设备高效完成。

在该装置的一个示例实施方案中，该装置包括：上接地平面，其布置于蚀刻信号路径的轮廓外的基板顶面上方；下接地平面，其布置于蚀刻金属岛的轮廓外的基板底面下方；和一些的通孔，它们用于将上接地平面和下接地平面电连接。

这样做的好处是，可以容易地制造悬置带状线。这种悬置带状线的构造支持纯TEM模传输，具有无杂散辐射、更宽的工作带宽、低损耗和高Q因子等优点。

在该装置的一个示例实施方案中，前述的至少一个波导过渡端子包括：两个波导过渡端子，使该装置形成为一对二型合成器-分配器设备；四个波导过渡端子，使该装置形成为一对四型合成器-分配器设备；或单独一个波导过渡端子，使该装置形成为一对一型耦合设备。

这样做的好处是，可以根据客户的需求灵活地设计装置，例如，作为上述配置之一，包括一对二型合成器-分配器设备、一对四型合成器-分配器设备或一对一型耦合设备。更高级别的合成器-分配器设备可以通过使用多个此类设备来实现。

在该装置的一个示例实施方案中，带状线包括阶梯段，阶梯段用以形成波导馈电端子和至少一个波导过渡端子的阻抗。

这样做的好处是，阻抗可以被形成为改善带状线与波导的匹配，从而改善天线增益。

附图说明

进一步的示例将结合下述附图进行描述，其中：

图1a是形成了1x2合成器/分配器设备的根据本公开的装置200的基板100的底面100b的示意图；

图1b是装置200的基板100的顶面100a的示意图；

图1c是用于展示金属贴片111、112、113相对于带状线121的位置的示意图，其中不显示中间的基板100；

图1d是装置200的1x2悬置带状线到双脊波导的射频印刷电路板的三维视图；

图2是根据一个实施例的1x2悬置带状线到双脊波导的装置200的三维视图；

图3是1x2悬置带状线到双脊波导的装置200的示例性的频率响应示意图；

图4a是形成了1x4合成器/分配器设备的根据本公开的装置500的基板400的底面400b的示意图；

图4b是装置500的基板400的顶面400a的示意图；

图4c是用于展示金属贴片111、112、113、114、115相对于带状线121的位置的示意图，其中不显示中间的基板400；

图4d是装置500的1x4悬置带状线至双脊波导的射频印刷电路板400的三维视图；

图5是根据一个实施例的1x4悬置带状线到双脊波导的装置500的三维视图；

图6是1x4悬置带状线至双脊波导的装置500的示例性的频率响应示意图；

图7a是示出了在具有单阶梯波导横截面的波导700a上减小波导深度的示意图；

图7b是示出了在具有两阶梯波导横截面的波导上减少波导深度的示意图；

图8a是形成了1x1耦合设备的根据本公开的装置的基板800的底面800b的示意图；

图8b是该装置的基板800的顶面800a的示意图。

具体实施方式

下面参考作为说明书一部分的附图进行详细描述，其中以图解的方式示出了本公开可供实施的特定方面。可以理解的是，在不脱离本公开范围的情况下，还可以利用其它方面，并进行结构或逻辑上的更改。因此，以下详细描述并非是限制性的。

不言而喻，对所描述方法的评论也适用于配置为执行该方法的相应设备或系统，反之亦然。此外，可以理解的是，在此所描述的各方面示例的特征可以相互组合，除非另有特别说明。

图1a是形成了1x2合成器/分配器(combiner-divider)设备的根据本公开的装置200的基板100的底面100b的示意图。

基板100是具有顶面100a以及与顶面100a相对的底面100b的电介质基板100。在图1a中，示出了基板100的底面100b。基板100的底面100b上放置了示例数量的三个金属贴片111、112、113。如图1b所示，这些金属贴片111、112、113被置于基板100的顶面100a上的带状线121的一个波导馈电端子103和两个波导过渡端子101、102的下方。

金属贴片111、112、113被配置为形成电信号与射频信号的耦合，以便将带状线121与如图2所示的波导210匹配。

金属贴片111、112、113可以为矩形，如图1a所示。金属贴片111、112、113可以示例性地由铜制成。

基板100可以是印刷电路板(PCB,Printed Circuit Board)，包括顶面金属化结构和底面金属化结构。如图1b所示，带状线121可以在顶面金属化结构中形成为蚀刻信号路径。金属贴片111、112、113可以在底面金属化结构中形成为蚀刻金属岛。

上接地平面(未在图1b中示出)可在基板100的顶面100a的上方布置在蚀刻信号路径的轮廓130外。下接地平面(未在图1a中示出)可在基板100底面100b的下方布置在蚀刻金属岛的轮廓130外。一些通孔(未在图1a和图1b中示出)可将上接地平面与下接地平面电连接。

图1b是装置200的基板100的顶面100a的示意图。

如上所述，基板100是具有顶面100a以及与顶面100a相对的底面100b的电介质基板100。在图1b中，示出了基板100的顶面100a。基板100的顶面100a上布置了带状线121。带状线121包括一个波导馈电端子103，用于向装置200提供电信号，以及示例数量为两个的波导过渡端子101、102，用于通过波导210(在图2中示出)将电信号过渡为射频信号。

图1a所示的金属贴片111、112、113布置于基板100的底面100b，位于波导馈电端子103和两个波导过渡端子101、102的下方。

金属贴片111、112、113被配置为形成电信号与射频信号的耦合，以便将带状线121与波导210(在图2中示出)相匹配。

如图2所示，波导210(在图2中示出)可以连接到基板100上。波导210可以是具有恒定横截面的无阶梯波导。

如图1b所示，波导馈电端子103和两个波导过渡端子101、102可以形成为电感指，例如，如图1b所示，形如钩子。如图1a所示，基板100的底面100b上的金属贴片111、112、113可形成电容性元件，与带状线121的相应的电感指相互作用，形成波导馈电端子103和两个波导过渡端子101、102的阻抗。

如图1b所示，两个波导过渡端子101、102的电感指被对齐而指向同一方向，例如图1b所示的右侧。

带状线121可以是或可以包括悬置带状线(SSL)。波导210可以是或可以包括双脊波导，例如图2所示。

基板100可以是印刷电路板，包括顶面金属化结构和底面金属化结构。带状线121可以在顶面金属化结构中形成为蚀刻信号路径，而金属贴片111、112、113(如图1a所示)可以在底面金属化结构中形成为蚀刻金属岛。

在图1a至图1d和图2所示的示例中，波导过渡端子101、102是两个波导过渡端子101、102，它们组成的装置是“一对二”(1-to-2)型合成器-分配器设备200(见图2)。

从图1b中可以看出，带状线121包括多个阶梯段121a、121b，这些阶梯段被设计用于形成波导馈电端子103和两个波导过渡端子101、102的阻抗。阶梯段121a、121b被设计用于是使带状线121与波导210匹配。请注意，图中只对这些阶梯段中的其中两个标注了附图标记121a、121b，然而其它未标注的阶梯段也有助于带状线121的特性的设计。

图1c以示意图示出金属贴片111、112、113相对于带状线121的位置，未显示中间的基板100。

从图1c中可以看出，金属贴片111、112、113布置于基板100的底面100b，位于波导馈电端子103和两个波导过渡端子101、102的下方。也就是说，第一金属贴片111位于第一波导过渡端子101的下方，第二金属贴片112位于第二波导过渡端子102的下方，第三金属贴片113位于波导馈电端子103的下方。

金属贴片111、112、113的尺寸根据带状线121与波导210的最佳匹配进行了优化(如图2所示)。

在图1c的示例中，金属贴片111、112、113装配于相应端子101、102、103的钩状部分的下方。

图1c中所示的带状线121有两部分，一部分从波导馈电端子103延伸至第一波导过渡端子101，另一部分从波导馈电端子103延伸至第二波导过渡端子102。为实现对称工作的1x2合成器/分配器设备，带状线121的这两部分对称地设置。

图1d是装置200的1x2悬置带状线至双脊波导的射频印刷电路板的三维视图。

如上所述，电介质基板100具有顶面100a和底面100b。带状线121位于基板100的顶面100a，金属贴片111、112、113位于基板100的底面100b，反之亦然。

带状线121包括一个波导馈电端子103，用于向装置200(如图2所示)馈送电信号，以及至少一个波导过渡端子101、102，用于通过波导210将电信号转换为射频信号。

金属贴片111、112、113布置于基板100的底面100b，位于波导馈电终端103和波导过渡终端101、102的下方。

金属贴片111、112、113被配置为形成电信号与射频信号的耦合，以便将带状线121与波导210匹配。

图2是根据一个或多个实施例的1x2悬置带状线到双脊波导的装置200的三维视图。

这里的装置200是1x2悬置带状线到双脊波导的装置200，包括电介质基板100(如上文对应于图1a至图1d所描述的)，和连接到基板100的波导210。波导210是具有恒定横截面的无阶梯波导。

波导210从基板100的两面100a和100b合围基板100，形成类似三明治的结构。

图3是1x2悬置带状线到双脊波导的装置200的示例性的频率响应示意图。

图3示出均匀波导的1x2分配器的典型频率响应，这是引入了如上文对应于图1a-图1d和图2所描述的用以改善分配器的匹配的电容性贴片111、112、113后的结果。

第一散射参数(S-parameter)S1,1用附图标记301表示，第二散射参数S2,1用附图标记302表示。

第一散射参数S1,1在17.7GHz和20.2GHz之间以及27.5GHz和30GHz之间低于-20dB。

第二散射参数S2,1在17.7GHz和31GHz之间的整个频率范围内大约为-3dB。

图4a是形成了1x4合成器/分配器设备的根据本公开的实施例的装置500(在图5中示出)的基板400的底面400b的示意图。

与关于图1a至图1d的描述类似，基板400是具有顶面400a以及与顶面400a相对的底面400b的电介质基板400。在图4a中，示出了基板400的底面400b。基板400的底面400b上放置了示例数量为五个的金属贴片111、112、113、114、115。如图4b所示，这些金属贴片111、112、113、114、115被置于基板400的顶面400a上的带状线121的一个波导馈电端子103和四个波导过渡端子101、102、104、105的下方。

金属贴片111、112、113、114、115被配置为形成电信号与射频信号的耦合，以便将带状线121与如图5所示的波导510匹配。

金属贴片111、112、113、114、115可以为矩形，如图4a所示。金属贴片111、112、113、114、115可以示例性地由铜制成。

基板400可以是印刷电路板，包括顶面金属化结构和底面金属化结构。如图4b所示，带状线121可以在顶面金属化结构中形成为蚀刻信号路径。金属贴片111、112、113、114、115可以在底面金属化结构中形成为蚀刻金属岛。

上接地平面(未在图4b中示出)可在基板400的顶面400a的上方布置在蚀刻信号路径的轮廓430外。下接地平面(未在图4a中示出)可在基板400的底面400b的下方布置在蚀刻金属岛的轮廓430外。一系列通孔(未在图4a和图4b中示出)可将上接地平面与下接地平面电连接起来。

图4b是装置500的基板400的顶面400a的示意图。

如上所述，基板400是具有顶面400a以及与顶面400a相对的底面400b的电介质基板400。在图4b中，示出了基板400的顶面400a。基板400的顶面400a上布置了带状线121。带状线121包括一个波导馈电端子103，用于向装置200提供电信号，以及示例数量为四个的波导过渡端子101、102、104、105，用于通过(如图5所示的)波导510将电信号过渡为射频信号。

图4a中所示的金属贴片111、112、113、114、115布置于基板400的底面400b，位于波导馈电端子103和四个波导过渡端子101、102、104、105的下方。

金属贴片111、112、113、114、115被配置为形成电信号与射频信号的耦合，以便将带状线121与(如图5所示的)波导510相匹配。

如图5所示，(如图5所示的)波导510可以连接到基板400上。波导510可以是具有恒定截面的无阶梯波导。

如图4b所示，波导馈电端子103和四个波导过渡端子101、102、104、105可以形成为电感指，例如，如图4b所示，形如钩子。如图4a所示，基板400的底面400b上的金属贴片111、112、113、114、115可形成电容性元件，与带状线121的相应的电感指相互作用，形成波导馈电端子103和四个波导过渡端子101、102、104、105的阻抗。

如图4b所示，四个波导过渡端子101、102、104、105的电感指被对齐而指向同一方向，例如图4b所示的右侧。

图4c是以示意图示出了金属贴片111、112、113、114、115相对于带状线121的位置，其中未显示中间的基板400。

从图4c中可以看出，金属贴片111、112、113、114、115布置于基板400的底面400b，位于波导馈电端子103和四个波导过渡端子101、102、104、105的下方。也就是说，第一金属贴片111位于第一波导过渡端子101的下方，第二金属贴片112位于第二波导过渡端子102的下方，第三金属贴片113位于波导馈电端子103的下方，第四金属贴片114位于第三波导过渡端子104的下方，第五金属贴片115位于第四波导过渡端子105的下方。

金属贴片111、112、113、114、115的尺寸根据带状线121与(如图5所示的)波导510的最佳匹配进行了优化。

在图4c的示例中，金属贴片111、112、113、114、115装配于相应端子101、102、103、104、105的钩状部分的下方。

图4c中所示的带状线121有两部分，每个部分有两个分支。第一部分从波导馈电端子103延伸至第一波导过渡端子101和第三波导过渡端子104，其中第一分支延伸至第一波导过渡端子101，第二分支延伸至第三波导过渡端子104。第二部分从波导馈电端子103延伸至第二波导过渡端子102和第四波导过渡端子105，其中第一分支延伸至第二波导过渡端子102，第二分支延伸至第四波导过渡端子105。

为实现对称工作的1x4合成器/分配器设备，带状线121的两部分都是对称地形成，且每个部分的每个分支也都是对称地形成。

图4d是装置500的1x4悬置带状线至双脊波导的射频印刷电路板400的三维视图。

如上所述，电介质基板400具有顶面400a和底面400b。带状线121位于基板400的顶面400a，金属贴片111、112、113、114、115位于基板400的底面400b，反之亦然。

带状线121包括一个波导馈电端子103，用于向装置500(如图5所示)馈送电信号，以及至少一个波导过渡端子101、102、104、105，用于通过波导510将电信号转换为射频信号。

金属贴片111、112、113、114、115布置于基板400的底面400b，位于波导馈电端子103和波导过渡端子101、102、104、105的下方。

金属贴片111、112、113、114、115被配置为形成电信号与射频信号的耦合，以便将带状线121与波导510匹配。

图5是根据一个实施例的1x4悬置带状线到双脊波导的装置500的三维视图。

这里的装置500是1x4悬置带状线到双脊波导的装置500，包括电介质基板400(如上文对应于图4a至图4d所描述的)，和连接到基板400的波导510。波导510是具有恒定横截面的无阶梯波导。

波导510从基板400的两面400a和400b合围基板400，形成类似三明治的结构。

图6是1x4悬置带状线至双脊波导的装置500的示例性的频率响应示意图。

图6示出均匀波导的1x4分频器的典型频率响应，这是引入了如上文对应于图4a-图4d和图5所描述的用以改善分频器的匹配的电容性贴片111、112、113、114、115后的结果。

第一散射参数(S-parameter)S1,1用附图标记601表示，第三散射参数S3,1和第二散射参数S2,1用附图标记603表示。

第一散射参数S1,1在17.7GHz和20.2GHz之间低于-25dB，在27.5GHz和30GHz之间低于-30dB。

第三散射参数S3,1和第二散射参数S2,1在17.7GHz和31GHz之间的整个频率范围内大约为-6dB。

图7a是在具有单阶梯波导横截面的波导700a上减小波导深度的示意图。

通过应用本公开引入的金属贴片111、112、113，如图7a所示，在波导段711、712之间具有一个阶梯701的波导700a的阶梯轮廓711、712可被简化为无阶梯波导，致使长度减少约0.265λ。

图7b是在具有两阶梯波导横截面的波导上减少波导深度的示意图。

通过应用本公开引入的金属贴片111、112、113，如图7b所示，在三个波导段711、712、713之间具有两个阶梯702、703的波导700b的阶梯轮廓711、712、713可被简化为无阶梯波导，致使长度减少约0.388λ。

图8a是根据本公开一个或多个实施例的形成1x1设备的装置的基板800的底面100b的示意图。

基板800可对应于上文就图1a至图1d所描述的基板100被切成两半后的其中一半。

基板800是具有顶面800a以及与顶面800a相对的底面800b的电介质基板800。在图8a中，示出了基板800的底面800b。基板800的底面800b上放置了示例数量为两个的金属贴片111、113。如图8b所示，这些金属贴片111、113被置于基板800的顶面800a上的带状线121的一个波导馈电端子103和单独一个波导过渡端子101的下方。

金属贴片111、113被配置为形成电信号与射频信号的耦合，以便将带状线121与波导匹配。

如图8a所示，金属贴片111、113可以为矩形。金属贴片111、113可以示例性地由铜制成。

基板800可以是印刷电路板，包括顶面金属化结构和底面金属化结构。如图8b所示，带状线121可以在顶面金属化结构中形成为蚀刻信号路径。金属贴片111、113可以在底面金属化结构中形成为蚀刻金属岛。

图8b是装置的基板800的顶面800a的示意图。

如上所述，基板800是具有顶面800a以及与顶面800a相对的底面800b的电介质基板800。在图8b中，示出了基板800的顶面800a。基板800的顶面800a上布置了带状线121。带状线121包括一个波导馈电端子103，用于向装置200提供电信号，以及一个波导过渡端子101，用于通过波导将电信号过渡为射频信号。波导可类似于图2所示波导210的一半。

图8a所示的金属贴片111、113布置于基板800的底面800b，位于波导馈电端子103和波导过渡端子101的下方。

金属贴片111、113被配置为形成电信号与射频信号的耦合，以便将带状线121与波导相匹配。

波导可连接到基板800上。波导可以是具有恒定截面的无阶梯波导。

虽然本公开的某一特定特征或方面可能仅针对若干实施方案中的一个实施方案进行了公开，但该特征或方面可与其它实施方案中的一个或多个其它特征或方面相结合，如果对任何给定或特定的应用来说可能是需要的和有利的。此外，在说明书中使用的术语“包括”、“具有”、“有”或其它变体，均意在以类似于术语“包含”的方式表示包含。此外，术语“示例性”、“例如”和“如”仅指示例，而非最佳或最优。术语“耦合”和“连接”以及派生词可能已被使用，应该理解的是，这些术语可能被用来表示两个元件相互配合或相互作用，而不管它们是否有直接的物理或电气接触，或者，它们之间没有直接接触。

尽管本文已经说明和描述了具体的方面，但本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本公开范围的情况下，可以用各种替代和/或等效的实施方式来代替所示和所描述的具体方面。本申请旨在涵盖本文所讨论的具体方面的任何调整或变化。

尽管权利要求中的要素是按特定顺序叙述的，并附有相应的附图标记，但除非权利要求中的叙述暗示了实现部分或全部这些要素的特定顺序，否则这些要素并不一定限于按该特定顺序实现。

基于以上的教导，许多替代、修改和变化对本领域技术人员来说是显而易见的。当然，本领域的技术人员很容易认识到，本发明除了本文所描述的应用之外，还有许多其它应用。虽然本发明已参照一个或多个特定实施例进行了描述，但本领域技术人员认识到，在不脱离本发明范围的情况下，可以对本发明进行许多更改。因此，可以理解的是，在所附权利要求及其等同的范围内，本发明可按本文具体实施方式以外的方式实施。

附图标记列表

100 装置的基板，例如印刷电路板

100a 基板的顶面

100b 基板的底面

101 第一波导过渡端子

102 第二波导过渡端子

103 波导馈电端子

104 第三波导过渡端子

105 第四波导过渡端子

121 带状线

121a,121b 带状线上的阶梯段

111 第一金属贴片

112 第二金属贴片

113 第三金属贴片

114 第四金属贴片

115 第五金属贴片

130 蚀刻信号路径的轮廓或蚀刻金属岛的轮廓

200 实施为一对二型合成器-分配器设备的装置

210 波导

400 一对四型合成器-分配器设备的装置的基板，例如印刷电路板

400a 基板的顶面

400b 基板的底面

430 蚀刻信号路径的轮廓或蚀刻金属岛的轮廓

500 实施为一对四型合成器-分配器设备的装置

510 波导

800 一对一型耦合设备的装置的基板，例如PCB

800a 基板的顶面

800b 基板的底面

Claims (10)

1.一种用于在电信号和射频信号之间过渡的装置(200)，所述装置(200)包括：

基板(100)，所述基板具有顶面(100a)以及与所述顶面(100a)相对的底面(100b)；

带状线(121)，所述带状线布置于所述基板(100)的所述顶面(100a)，所述带状线(121)包括波导馈电端子(103)和至少一个波导过渡端子(101,102)，所述波导馈电端子用于向所述装置(200)提供电信号，所述至少一个波导过渡端子用于通过波导(210)将电信号过渡为射频信号；和

至少一个金属贴片(111,112,113)，所述金属贴片布置于所述基板(100)的所述底面(100b)，位于所述波导馈电端子(103)和所述至少一个波导过渡端子(101,102)中的至少一个的下方；

其中，所述至少一个金属贴片(111,112,113)被配置为形成电信号与射频信号的耦合，以便将所述带状线(121)与所述波导(210)相匹配。

2.根据权利要求1所述的装置(200)，其中，所述装置还包括：

波导(210)，所述波导连接到所述基板(100)，其中，所述波导(210)是具有恒定横截面的无阶梯波导。

3.根据权利要求1或2所述的装置(200)，

其中，所述波导馈电端子(103)和所述至少一个波导过渡端子(101,102)形成为电感指；

其中，所述至少一个金属贴片(111,112,113)形成电容性元件，与相应的电感指相互作用，形成了所述波导馈电端子(103)和所述至少一个波导过渡端子(101,102)的阻抗。

4.根据权利要求3所述的装置(200)，其中，至少两个波导过渡端子(101,102)的所述电感指被对准为指向同一方向。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(200)，其中，所述至少一个金属贴片(111,112,113)呈矩形。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置(200)，

其中，所述带状线(121)包括悬置带状线；并且/或者

其中，所述波导(210)包括双脊波导。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置(200)，

其中，所述基板(100)是包括顶面金属化结构和底面金属化结构的印刷电路板；并且

其中，所述带状线(121)形成为在顶面金属化结构中的蚀刻信号路径，所述至少一个金属贴片(111,112,113)形成为在底面金属化结构中的蚀刻金属岛。

8.根据权利要求7所述的装置(200)，其特征在于，所述装置(200)还包括：

上接地平面，所述上接地平面在所述基板(100)的顶面(100a)的上方布置于所述蚀刻信号路径的轮廓(130)外；

下接地平面，所述下接地平面在所述基板(100)的底面(100b)的下方布置于所述蚀刻金属岛的轮廓(130)外；和

一些通孔，用于将所述上接地平面和所述下接地平面电连接。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置(200,400,800)，其中，所述至少一个波导过渡端子(101,102)包括：

两个波导过渡端子(101,102)，使所述装置形成为一对二型合成器-分配器设备(200)；或

四个波导过渡端子(101,102,104,105)，使所述装置形成为一对四型合成器-分配器设备(500)；或

单独一个波导过渡端子(101)，使所述装置形成为一对一型耦合设备。

10.根据前述权利要求中任一项所述的装置(200)，其中，所述带状线(121)包括若干阶梯段(121a,121b)，所述阶梯段形成所述波导馈电端子(103)和所述至少一个波导过渡端子(101,102)的阻抗。