CN206864596U - 一种毫米波差分微带线到矩形波导的过渡结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种毫米波差分微带线到矩形波导的过渡结构，所述过渡结构包括差分微带线、共面带线、偶极子天线、矩形波导、短路线和介质基片，所述偶极子天线的两臂通过所述短路线相连接，从而形成了电流的直接通路，大大减小了偶极子天线两臂的尺寸；本实用新型所提出的差分微带线到矩形波导的过渡结构长度只有2.37mm，相当于0.39λg，实现了过渡结构小型化、低成本的设计要求；该过渡结构的工作频带能够覆盖整个Ka频段，实现了宽的工作带宽要求；该过渡结构的回波损耗和插入损耗分别优于15.2dB和0.4dB；所以本实用新型所提出的过渡结构满足了宽带、小型化、性能优越的设计要求。

Description

一种毫米波差分微带线到矩形波导的过渡结构

技术领域

本实用新型涉及微带线到矩形波导的过渡结构技术领域，具体涉及一种毫米波差分微带线到矩形波导的过渡结构。

背景技术

在微波领域，微带线作为一种广受欢迎的平面传输线，以其体积小、成本低及易于与有源和无源微波器件集成等诸多优点被广泛应用到微波毫米波电路中。另一方面，矩形波导因其自身的高Q值优点，在高Q值滤波器、双工器、天线馈线等设备中扮演者重要角色。但是在一些特殊的应用场合，需要同时用到微带线和矩形波导，但是在外形和传输特性上微带线和矩形波导都有显著的差别，不能将两者直接相连，所以设计一款性能优越的微带线到矩形波导的过渡结构是非常有必要的。到目前为止，各式各样的微带到波导的过渡结构已经被提出，比如脊波导类型，探针插入类型、孔耦合类型的。但是这些设计都是单端输入类型的，在差分微带电路中不再适用。

差分微带电路以其抗干扰性强和噪声特性好，被越来越多的应用在微波、毫米波电路与系统中。因此，发明一款直接从差分微带结构到矩形波导的过渡结构显得的非常重要。然而，现有技术中，只有少许文献研究和设计了由差分微带线到矩形波导的过渡结构。如研究者Z.Tong等人提出了一种应用差分贴片天线设计了一款工作于W波段的由差分微带线到矩形波导的过渡结构，该过渡结构的相对带宽为11％，回波损耗大于15dB，插入损耗为0.5dB，长度为2.54mm(相当于1.4λg)；研究者M.Ortner等人使用了一个集成在多层PCB版上的腔型结构，该过渡结构实现了33％的相对带宽，其插入损耗在工作频率50～70GHz达到2.3dB，回波损耗大于15dB，长度为3.8mm(相当于1.3λg)；研究者M.Giese等人应用了一种鳍线结构，实现了40％的相对带宽，插入损耗大于8dB，回波损耗小于1.6dB。其长度为5.9mm(相当于2.97λg)。

在上述现有技术1中，虽然实现了由差分微带到矩形波导的过渡结构，但其相对带宽太窄，不能满足对相对带宽要求较高的场合；现有技术2中虽然实现了较宽的带宽，但是其结构增加了设计的复杂度和成本；现有技术3也实现了较宽的带宽，但是该结构本身原因造成了很大的电路尺寸，而且回波损耗性能差。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种毫米波差分微带线到矩形波导的过渡结构，该过渡结构具有尺寸小、成本低、宽频带的特点。

为实现以上目的，本实用新型采用如下技术方案：一种毫米波差分微带线到矩形波导的过渡结构，所述过渡结构包括差分微带线、共面带线、偶极子天线、矩形波导、短路线和介质基片，其中，所述共面带线和差分微带线均印制在所述介质基片上，所述偶极子天线插入到所述矩形波导E面，所述偶极子天线的两臂对称设置并通过所述短路线相连接，所述偶极子天线的两臂均与所述共面带线的一端连接，所述共面带线的另一端连接所述差分微带线，连接后的共面带线与差分微带线在同一直线上，并与所述矩形波导E面相垂直。

优选地，所述共面带线和差分微带线的宽度相同，在印制后的所述共面带线的一端设有第一个槽，所述共面带线的另一端设有第二个槽。

优选地，所述过渡结构还包括安装槽，所述介质基片安装在所述安装槽上，

优选地，在所述安装槽上与所述差分微带线相平行的边缘等间距的设有多个固定孔。

优选地，所述过渡结构还包括屏蔽盖，所述屏蔽盖设置在介质基片上方，并与所述安装槽连接。

优选地，所述偶极子天线的两臂均为半椭圆形。

优选地，所述介质基片的型号是RT/Duroid 5880。

优选地，所述介质基片的厚度为0.127mm，相对介电常数为2.2，介电损耗角正切为0.0009。

优选地，所述矩形波导为标准波导，横截面尺寸为7.112mm×3.556mm。

优选地，所述过渡结构的长度为2.37mm。

本实用新型采用以上技术方案，所述毫米波差分微带线到矩形波导的过渡结构包括偶极子天线，所述偶极子天线能够直接把差分微带线输入的差模信号转换成矩形波导的TE10模，所述偶极子天线的两臂通过所述短路线相连接，从而形成了电流的直接通路，大大减小了偶极子天线两臂的尺寸；本实用新型所提出的差分微带线到矩形波导的过渡结构长度只有2.37mm，相当于0.39λg，实现了过渡结构小型化、低成本的设计要求；该过渡结构的工作频带能够覆盖整个Ka频段，实现了宽的工作带宽要求；该过渡结构的回波损耗和插入损耗分别优于15.2dB和0.4dB，性能优越；所以本实用新型所提出的过渡结构满足了宽带、小型化、性能优越的设计要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型毫米波差分微带线到矩形波导的过渡结构的整体示意图；

图2是本实用新型毫米波差分微带线到矩形波导的过渡结构的俯视图；

图3是本实用新型毫米波差分微带线到矩形波导的过渡结构之频率与回波损耗和插入损耗的关系曲线图。

图中：1、差分微带线；2、共面带线；3、偶极子天线；4、矩形波导；5、短路线；6、介质基片；7、第一个槽；8、第二个槽；9、安装槽；10、固定孔；11、屏蔽盖；W0、偶极子天线两臂之间的距离；W1、差分微带线的宽度；W2、偶极子天线的臂宽；W3、连接偶极子天线两臂的短路线的宽度；W4、差分微带线距离两侧安装槽的宽度；S1、差分微带线之间的距离；S2、共面带线第一个槽的宽度；S3、共面带线第二个槽的宽度；L0、差分微带线到矩形波导过渡结构的长度；L1、共面带线第一个槽的长度；L2、连接偶极子天线两臂的短路线距共面带线馈电点的距离；L3、共面带线第二个槽的长度；L4、波导端口距离共面带线馈电点的距离；L5、偶极子天线的臂长；L6、偶极子天线终端距离波导另一端口的距离；L7、波导腔的长度；R1、偶极子天线臂与共面带线连接处拐角的曲径；R2、连接偶极子天线两臂的短路线拐角的曲径；a、波导腔宽边的长度；b、波导腔窄边的长度。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

如图1所示，本实用新型提供了一种毫米波差分微带线到矩形波导的过渡结构，所述过渡结构包括差分微带线1、共面带线2、偶极子天线3、矩形波导4、短路线5和介质基片6，其中，所述共面带线2和差分微带线1均印制在所述介质基片6上，所述偶极子天线3插入到所述矩形波导4E面，所述偶极子天线3的两臂对称设置并通过所述短路线5相连接，所述偶极子天线3的两臂均与所述共面带线2的一端连接，所述共面带线2的另一端连接所述差分微带线1，连接后的共面带线2与差分微带线1在同一直线上，并与所述矩形波导4E面相垂直。

进一步地，所述共面带线2和差分微带线1的宽度相同，在印制后的所述共面带线2的一端设有第一个槽7，所述共面带线2的另一端设有第二个槽8。

需要说明的是，所述过渡结构还包括安装槽9，所述介质基片6安装在所述安装槽9上，

可以理解的是，在所述安装槽9上与所述差分微带线1相平行的边缘等间距的设有多个固定孔10。

需要补充说明的是，所述过渡结构还包括屏蔽盖11，所述屏蔽盖11设置在介质基片6上方，并与所述安装槽9连接。

优选地，所述偶极子天线3的两臂均为半椭圆形，所述介质基片6的型号是RT/Duroid 5880。

具体地，所述介质基片6的厚度为0.127mm，相对介电常数为2.2，介电损耗角正切为0.0009。

需要进一步补充说明的是，所述矩形波导4为标准波导，横截面尺寸为7.112mm×3.556mm。

此外，所述过渡结构的长度为2.37mm。

本实用新型提供一种优选的实施方式，将基于偶极子天线3的差分微带线1到矩形波导4的过渡结构实现在型号为RT/Duroid 5880的介质基片6上，该基片厚度为0.127mm，相对介电常数为2.2，介电损耗角正切为0.0009。其中偶极子天线3由矩形波导4E面插入所述矩形波导4内，差分信号由印刷在介质基板上的所述差分微带线1输入到偶极子天线3，其中，所述矩形波导4为标准波导，横截面尺寸为7.112mm×3.556mm。

如图2所示，作为一种优选的实施方式，各结构尺寸如下表(单位：mm)：

W0	W1	W2	W3	W4	S1	S2	S3	L0
									2.5	0.38	0.77	0.15	1.12	0.2	0.4	0.45	2.37
L1	L2	L3	L4	L5	L6	L7	R1	R2
									0.2	0.3	0.2	0.92	2	0.27	2.64	0.05	0.05
b	hc
									3.556	1.6

图3是本实施方式经测试得到的结果，其中，S11表示回波损耗，S21表示插入损耗。从测试结果可以看出本实施例过渡结构工作频率覆盖整个Ka波段(26.5-40GHz)，相对带宽达到40.6％，实现了宽频带的带宽要求，回波损耗和插入损耗分别优于15.2dB和0.4dB，可见，本实用新型提供一种毫米波差分微带线到矩形波导的过渡结构满足了宽带、小型化、性能优越的设计要求。

本实用新型的性能主要取决于“连接偶极子天线3两臂的短路线5距共面带线2馈电点的距离L2”、“偶极子天线3的臂长L5”和“偶极子天线3的臂宽W2”三个变量。通过分析发现：当L2从0.34mm减小到0.26mm时，该过渡结构高的谐振频率向更高频移动，而低的谐振频率基本保持不变；当L5从2.3mm减小到1.7mm时，高、低两个谐振频率相互靠近，导致带宽变窄；同样地，W2从0.81mm减小到0.73mm，表现出与L5有相同的变化趋势。除此之外，还分析了本实用新型过渡结构伸入到波导在z方向的不同位置时对性能产生的影响，发现过渡结构沿z轴放置在不同的位置只产生很小的频率滑降，对结果产生影响较小。通过调节以上三个变量可以使该过渡结构工作于所设计的频段，并且达到宽频带的设计要求。

综上所述，本实用新型采用以上技术方案，所述毫米波差分微带线到矩形波导的过渡结构包括偶极子天线3，所述偶极子天线3能够直接把差分微带线1输入的差模信号转换成矩形波导4的TE10模，所述偶极子天线3的两臂通过所述短路线5相连接，从而形成了电流的直接通路，大大减小了偶极子天线3两臂的尺寸；本实用新型所提出的差分微带线到矩形波导的过渡结构长度只有2.37mm，相当于0.39λg，实现了过渡结构小型化、低成本的设计要求；该过渡结构的工作频带能够覆盖整个Ka频段，实现了宽的工作带宽要求；该过渡结构的回波损耗和插入损耗分别优于15.2dB和0.4dB，性能优越；所以本实用新型所提出的过渡结构满足了宽带、小型化、性能优越的设计要求。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种毫米波差分微带线到矩形波导的过渡结构，其特征在于，所述过渡结构包括差分微带线、共面带线、偶极子天线、矩形波导、短路线和介质基片，其中，所述共面带线和差分微带线均印制在所述介质基片上，所述偶极子天线插入到所述矩形波导E面，所述偶极子天线的两臂对称设置并通过所述短路线相连接，所述偶极子天线的两臂均与所述共面带线的一端连接，所述共面带线的另一端连接所述差分微带线，连接后的共面带线与差分微带线在同一直线上，并与所述矩形波导E面相垂直。

2.根据权利要求1所述的过渡结构，其特征在于，所述共面带线和差分微带线的宽度相同，在印制后的所述共面带线的一端设有第一个槽，所述共面带线的另一端设有第二个槽。

3.根据权利要求1所述的过渡结构，其特征在于，所述过渡结构还包括安装槽，所述介质基片安装在所述安装槽上。

4.根据权利要求3所述的过渡结构，其特征在于，在所述安装槽上与所述差分微带线相平行的边缘等间距的设有多个固定孔。

5.根据权利要求3所述的过渡结构，其特征在于，所述过渡结构还包括屏蔽盖，所述屏蔽盖设置在介质基片上方，并与所述安装槽连接。

6.根据权利要求1至5任一项所述的过渡结构，其特征在于，所述偶极子天线的两臂均为半椭圆形。

7.根据权利要求1至5任一项所述的过渡结构，其特征在于，所述介质基片的型号是RT/Duroid5880。

8.根据权利要求1至5任一项所述的过渡结构，其特征在于，所述介质基片的厚度为0.127mm，相对介电常数为2.2，介电损耗角正切为0.0009。

9.根据权利要求1至5任一项所述的过渡结构，其特征在于，所述矩形波导为标准波导，横截面尺寸为7.112mm×3.556mm。

10.根据权利要求1至5任一项所述的过渡结构，其特征在于，所述过渡结构的长度为2.37mm。