CN1972006A - 单层介质板结构的波导－微带线变换信号分配器 - Google Patents

Abstract

单层介质板结构的波导－微带线变换信号分配器涉及一种同时具有波导－微带线的结构变换及信号分配功能的变换信号分配器，在介质材料板(4)上靠近波导管(1)的一面上设有金属接地板(2)和频率调节匹配单元(3)，在金属接地板(2)的中间设有一个与波导管(1)内腔横截面形状尺寸相同的窗口(21)，在所述的窗口(21)中心设置频率调节匹配单元(3)；在介质材料板(4)的另一面上设有短路金属板(6)、微带线(7)和阻抗匹配单元(8)，在短路金属板(6)两侧的中间对称的设有两个开槽(61)，微带线(7)位于开槽中，阻抗匹配单元(8)位于开槽内的微带线(7)的内端，短路金属板通过穿透介质材料板(4)的若干个金属短路线(5)与所述的金属接地板(2)电气连接。

Description

单层介质板结构的波导-微带线交换信号分配器

技术领域

本发明涉及一种同时具有波导-微带线的结构变换及信号分配功能的变换信号分配器，属于信号分配器制造的技术领域。

背景技术

目前在一些微波及毫米波段的无线通信应用中，一些电路模块的终端被设计成开放式波导结构，而在终端则需要接续具有平面结构的微带天线。为实现具有开放式波导终端结构的电路模块与具有平面结构的微带天线能够在电气性能上和机械结构上很好地连接，并同时具有为阵列天线馈电所需的信号分配功能，波导-微带线的变换信号分配器是必需的。

1)单纯的波导输入：一端口微带线输出的变换器结构被介绍过，但它被用于天线馈电时有以下不足之处。对于微带阵列天线来讲，在天线中心处需要一个信号分配器，将来自馈电端的信号等幅度地二分配，最终通过馈电线将信号送往各天线单元。但该波导输入—一端口输出的变换器并不具备信号分配功能，因此用于阵列天线馈电时，只能将其放置于天线阵之外，然后在天线中心位置再另外设置分配器，其结果，不仅增加了天线的整体尺寸，而且由于需从该变换器的输出端设计一条微带线连接到天线中心处，该微带线额外地增加了信号损失，降低了天线整体性能。

2)具有波导：微带线的非平面变换信号分配器也被介绍过，该变换器虽然解决了信号分配问题，但为了实现较小的信号变换损失，需在变换器的微带线一侧加一个金属“帽子”结构，该“帽子”的内部空腔尺寸要等于馈电波导的横截面尺寸，空腔高度应设计成四分之一工作波长(λ_g/4)。由于“帽子”部分比微带线部分突出，所以增加了天线的整体尺寸，不利于小型化。另外由于“帽子”不能与微带线部分做成一体，需用螺钉固定，它与两个用于信号分配的微带线抽头及与馈电波导的相对位置误差会降低信号变换效率。

因此，以上两种用于波导馈电阵列天线时，都有其不足之处。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种单层介质板结构的波导-微带线变换信号分配器，适用于波导馈电微带阵列天线的馈电结构，它同时具有波导-微带线变换及信号分配功能。该波导-微带线变换信号分配器具有结构一体化，体积小，变换效率高，工作频带宽及批量制造生产容易等优点。

技术方案：本发明适用于具有波导馈电形式的微带阵列天线的馈电之用，并且可作为微波线路中的波导-微带线变换信号分配器使用。

本发明的单层介质板结构的波导-微带线变换信号分配器由波导管和介质材料板组成，在介质材料板上靠近波导管的一面上设有金属接地板和频率调节匹配单元，在金属接地板的中间设有一个与波导管内腔横截面形状尺寸相同的窗口，在所述的窗口中心设置频率调节匹配单元；在介质材料板的另一面上设有短路金属板、微带线和阻抗匹配单元，在短路金属板两侧的中间对称的设有两个开槽，微带线位于开槽中，阻抗匹配单元位于开槽内的微带线的内端，短路金属板通过穿透介质材料板的若干个金属短路线与所述的金属接地板电气连接。

所述的波导管内腔横截面和频率调节匹配单元为长方形，其平行于波导管内腔横截面短边方向的边长长度为工作波长的一半。所述的金属短路线(5)是穿透所述的介质材料板的金属线或金属化孔。

有益效果：本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的特点和优点：

1.本发明的波导-微带线变换信号分配器体积小，可以直接设置在阵列天线中心位置，从而避免了以往波导馈电时将馈电变换器设置在天线阵外所需馈电线路的电气损耗，从而改善了馈电结构和性能。并且由于结构对称，可以保证等分配信号输出。

2.由于本发明用短路金属板替代了以往结构中的金属腔体“帽子”结构，将以往的λ_g/4长度的凸起部分改善为平面结构，缩小了馈电结构及天线的整体体积，实现了天线的小型化。

3.本发明实现了波导-微带线变换信号分配器的一体化，可以将波导-微带线变换信号分配器的整体设计在同一块介质材料板上，加工容易，并可降低生产成本。

4.以往的金属腔体“帽子”结构中，金属腔体“帽子”与微带线及波导管安装时会带来一定的位置安装差，该位置安装差对于电气性能会有一定的影响，特别在毫米波段，该位置安装差所带来的电气性能影响将更加显著。本发明的波导-微带线变换信号分配器由于设计成为一体结构，消除了以往结构中的位置安装差的影响，改善了以往结构的电气性能。

5.本发明的波导-微带线变换信号分配器中的频率调节匹配单元，可以用来实现频段的调节及阻抗匹配，改变其平行于波导管断面长边的长度，可以方便地调节变换器所需工作频率，改变其平行于波导管断面短边的长度，可以方便地调节变换器阻抗的匹配。

6.位于微带线起始端的长方形阻抗匹配单元与频率调节匹配单元的重叠部分的大小对阻抗匹配起着关键作用，它决定了电磁耦合的程度，因此当频率调节匹配单元的形状尺寸固定时，调节位于微带线起始端的长方形阻抗匹配单元的长度和宽度可以改善阻抗匹配，达到提高电磁耦合的目的。

7.由本发明的波导-微带线变换信号分配器的波导管输入的信号，在两个微带线输出端处的电场具有180度相位差，因此本发明的波导-微带线变换信号分配器还具有反相信号输出的特点。

附图说明

图1是本发明一个实例的构件分解示意图。

图2是本发明一个应用例的结构示意图。

图3是本发明另一个应用例的结构示意图。

图4是本发明第三个应用例的结构示意图。

波导管1、金属接地板2、窗口21、频率调节匹配单元3、介质材料板4、金属短路线5、短路金属板6、开槽61、微带线7、阻抗匹配单元8。

具体实施方式

本发明的单层介质板结构的波导-微带线变换信号分配器包括波导管、贴附于介质材料板靠近波导管的一面上的金属接地板和频率调节匹配单元、以及贴附于介质材料板另一面上的短路金属板、微带线和阻抗匹配单元，所述的接地板有一个与波导管内腔形状尺寸相同的窗口，在所述的窗口中心设置所述的频率调节匹配单元；所述的短路金属板的面积略大于波导管内腔的面积，并通过穿透介质材料板的若干个金属短路与所述的金属接地板电气连接；有两条所述的微带线分别被设置于所述的短路金属板的两个开槽内，并且在所述的两条微带线靠近所述的短路金属板中心的起始端处，另别设置所述的阻抗匹配单元。

信号自波导端输入，通过所述的频率调节匹配单元与所述的微带线起始端的所述的阻抗匹配单元之间的耦合传输到所述的微带线上，并分别沿所述的微带线向输出端方向传输，从而实现由波导至微带线的结构变换，近到信号分配的目的。

上述的频率调节匹配单元为长方形，其平行于波导短边方向的边长长度为工作波长的一半(λ_g/2)，通过改变该边长的尺寸，可以实现变换信号频率的调节作用，调整另一边长可以实现信号匹配调节。

上述的短路金属板为长方形金属附着面，其作用为防止信号的辐射，保证信号能够沿着微带线传输。为设置用于传输信号的微带线，该短路金属板上分别开了两个略宽于微带线宽度的开槽。

上述的两个微带线是两条具有有效宽度的金属带，其宽度由传输信号线路所需的特性阻抗决定。

上述的金属短路线，可以是穿透介质材料板的金属线，或是熵入通孔金属。

本发明的一个优选实施例是：参见图1，本波导-微带线变换信号分配器，包括贴附于介质材料板4上的金属接地板2，频率调节匹配单元3，贴附于介质材料板另一表面的短路金属板6，信号传输用的微带线7，阻抗匹配单元8，及若干个金属短路线5。频率调节匹配单元3与金属接地板2位于相同的平面，该平面将与波导管1紧密接触使用，且金属接地板2上的窗口21的尺寸等于波导管1内腔横截面的尺寸。改变频率调节匹配单元3的大小可以调节该波导-微带线变换信号分配器的工作频率。金属短路线5的顶部及底部分别与短路金属板6及金属接地板2连接，其作用是使短路金属板6与金属接地板2在电气上导通。所有金属短路线5所围成的长方形的尺寸应大于导波管1内腔的尺寸。短路金属板6的尺寸应该大于由所有金属短路线5所围成的长方形的尺寸，其作用是防止由导波管传输来的信号向外部空间辐射，从而保证信号能够无损失地分别进入由微带线7、介质材料板4及金属接地板2所构成的导波结构中传输。两个微带线7所输出的信号彼此具有相同振幅及180度的相位差。在短路金属板6的两边各设置了一个开槽，用于配置微带线7。阻抗匹配单元8位于微带线7的端部，其作用是实现该波导-微带线变换信号分配器的阻抗匹配，避免因阻抗失配所带来的信号能量损失。本发明的一个应用例是：波导-微带线变换信号分配器作为天线阵的馈电结构配置在平面阵列天线的中心位置，实现平面阵列天线的波导馈电，参见图2。

本发明的另一个应用例是：参见图3，本应用例基本上与上述应用例相同，所不同的是：利用本发明的波导-微带线变换信号分配器所馈电的还可以是两个反向配置的单元天线。

本发明的第三个应用例是：参见图4，本应用例基本上与上述应用例相同，所不同的是：本发明的波导-微带线变换信号分配器将来自于导波管的信号等振幅反相位分配后，分别输出给两个微带电路。

Claims (3)

1.一种单层介质板结构的波导-微带线变换信号分配器，由波导管(1)和介质材料板(4)组成，其特征在于在介质材料板(4)上靠近波导管(1)的一面上设有金属接地板(2)和频率调节匹配单元(3)，在金属接地板(2)的中间设有一个与波导管(1)内腔横截面形状尺寸相同的窗口(21)，在所述的窗口(21)中心设置频率调节匹配单元(3)；在介质材料板(4)的另一面上设有短路金属板(6)、微带线(7)和阻抗匹配单元(8)，在短路金属板(6)两侧的中间对称的设有两个开槽(61)，微带线(7)位于开槽(61)中，阻抗匹配单元(8)位于开槽(61)内的微带线(7)的内端，短路金属板(6)通过穿透介质材料板(4)的若干个金属短路线(5)与所述的金属接地板(2)电气连接。

2.根据权利要求1所述的单层介质板结构的波导-微带线变换信号分配器，其特征在于所述的波导管(1)内腔横截面和频率调节匹配单元(3)为长方形，其平行于波导管(1)内腔横截面短边(11)方向的边长长度为工作波长的一半。

3.根据权利要求1所述的单层介质板结构的波导-微带线变换信号分配器，其特征在于所述的金属短路线(5)是穿透所述的介质材料板(4)的金属线或金属化孔。

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