CN209948012U - 电磁波转换装置及微波器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电磁波转换装置及微波器件，电磁波转换装置包括第一同轴线、第二同轴线、第一介质腔、第二介质腔、第一过渡结构、第二过渡结构以及介质波导，介质波导为矩形体结构，其由低损耗的聚合材料构成，第一同轴线、第一介质腔、第一过渡结构与介质波导的第一侧依次相连，第二同轴线、第二介质腔、第二过渡结构与介质波导的第二侧依次相连，且第一同轴线与第二同轴线、第一介质腔与第二介质腔以及第一过渡结构与第二过渡结构均为对称设置；微波器件包括上述的电磁波转换装置。本实用新型能够完成电磁波在7.2～10GHz频段上的高效转换，性能好，结构简单，容易加工，能较好地满足微波器件轻重量、低成本、高性能和环保等发展趋势。

Description

电磁波转换装置及微波器件

技术领域

本实用新型涉及一种电磁波转换装置，尤其是一种电磁波转换装置及微波器件，属于微波器件领域。

背景技术

介质波导是由于光纤通信的发展而被提出，是一种用来约束或引导电磁波的结构，它能够将被传输的电磁波限制在介质中。介质波导的传输原理不同于传统的金属波导，在不同折射率的介质分界面上，电磁波的全反射现象使微波局限在波导内传播，介质波导可以分为固体芯、空心核、多孔芯等。介质波导相比于经典的金属波导在毫米波和太赫兹频段具有损耗小；功率容量大；结构简单，易于制造等优点。随着通信技术的发展，波导的发展也上了一个新台阶，并且朝着低功耗、小体积、稳定可靠和低成本的方向不断努力。

据调查与了解，已经公开的现有技术如下：

1)1981年，TSUKASA YONEYAMA等人发表了“Nonradiative Dielectric Waveguidefor Millimeter-Wave Integrated Circuits”，设计了一种在毫米波频段使用的介质波导，并且在介质壁两侧加入了金属板。

2)2013年，Hao-Tian Zhu等人发表了“Design of a Broadband CPWG toDielectric Ridge Waveguide Transition for Terahertz Circuits”，设计了一种在毫米波频段传输电磁波的介质脊波导。设计的介质脊波导不使用金属镀层，大大减少了金属在高频带来的导体损耗。

3)2014年，R.Mendis等人在“Plastic ribbon THz waveguides”中，设计了在太赫兹频率使用的介质波导。采用金属腔馈电，设计了一种空气金属腔转介质波导的过渡结构。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种介质波导、电磁波转换装置及微波器件。

本实用新型的第一个目的在于提供一种介质波导，该波导可以在7.2～10GHz频段中使用，具有轻重量、低成本、结构简单、易于加工生产的特点。

本实用新型的第二个目的在于提供一种电磁波转换装置，该装置能够完成电磁波在7.2～10GHz频段上的高效转换，性能好，结构简单，容易加工，能较好地满足微波器件轻重量、低成本、高性能和环保等发展趋势。

本实用新型的第三个目的在于提供一种微波器件。

本实用新型的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种介质波导，所述波导为矩形体结构，其由低损耗的聚合材料构成。

本实用新型的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种电磁波转换装置，包括第一同轴线、第二同轴线、第一介质腔、第二介质腔、第一过渡结构、第二过渡结构以及上述的介质波导，所述第一同轴线、第一介质腔、第一过渡结构与介质波导的第一侧依次相连，所述第二同轴线、第二介质腔、第二过渡结构与介质波导的与第一侧相对的第二侧依次相连，且第一同轴线与第二同轴线、第一介质腔与第二介质腔以及第一过渡结构与第二过渡结构均为对称设置。

进一步的，所述第一同轴线通过第一探针与第一介质腔相连，所述第二同轴线与通过第二探针与第二介质腔相连。

进一步的，所述第一介质腔开有第一通孔，所述第一探针的一端与第一同轴线固定相连，另一端通过第一通孔插入第一介质腔中；

所述第二介质腔开有第二通孔，所述第二探针的一端与第二同轴线固定相连，另一端通过第二通孔插入第二介质腔中。

进一步的，所述第一探针和第二探针均为金属探针。

进一步的，所述第一过渡结构与第一介质腔的连接处以及第一过渡结构与介质波导的连接处均为矩形，且第一过渡结构与第一介质腔的连接处长度小于第一过渡结构与介质波导的连接处长度，第一过渡结构与第一介质腔的连接处宽度小于第一过渡结构与介质波导的连接处宽度；

所述第二过渡结构与第二介质腔的连接处以及第二过渡结构与介质波导的连接处均为矩形，且第二过渡结构与第二介质腔的连接处长度小于第二过渡结构与介质波导的连接处长度，第二过渡结构与第二介质腔的连接处宽度小于第二过渡结构与介质波导的连接处宽度。

进一步的，所述第一过渡结构和第二过渡结构均为介质侧面覆有金属的过渡结构。

进一步的，所述第一介质腔和第二介质腔均为外表面覆有金属的介质腔。

进一步的，所述第一介质腔和第二介质腔均为矩形腔结构。

本实用新型的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种微波器件，包括上述的电磁波转换装置。

本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本实用新型的介质波导由低损耗的聚合材料构成，能够在7.2～10GHz频段中使用，具有轻重量、低成本、结构简单、易于加工生产的特点。

2、本实用新型通过在介质腔和介质波导之间设置一段过渡结构，不仅可以解决介质腔和介质波导横截面上的尺寸差异问题，而且能够有效地减少介质波导和介质腔之间模式转换带来的电磁波的损耗。

3、本实用新型采用同轴线馈电，为了方便在微波测量器件中使用，使同轴线通过探针与介质腔相连，实现电磁波在介质腔和同轴线之间的转换。

4、本实用新型能够完成电磁波在7.2～10GHz频段上的高效转换，性能好，结构简单，容易加工，能较好地满足微波器件轻重量、低成本、高性能和环保等发展趋势。

附图说明

图1为本实用新型实施例的电磁波转换装置的立体结构图。

图2为本实用新型实施例的电磁波转换装置的正视结构图。

图3为本实用新型实施例的电磁波转换装置的左侧结构图。

图4为本实用新型实施例的电磁波转换装置的俯视结构图。

图5为本实用新型实施例的电磁波转换装置频率响应的转换效率曲线图。

其中，1-介质波导，2-第一同轴线，3-第二同轴线，4-第一介质腔，5-第二介质腔，6-第一过渡结构，7-第二过渡结构，8-第一探针，9-第二探针，10-第一通孔，11-第二通孔。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例：

如图1～图4所示，本实用新型提供了一种电磁波转换装置，该装置包括介质波导1、第一同轴线2、第二同轴线3、第一介质腔4、第二介质腔5、第一过渡结构6以及第二过渡结构7。

所述介质波导1可以用于7.2～10GHz频段，其采用固体芯介质波导，可以将大部分电磁波局限在介质波导1内部，单模式传播；介质波导1为矩形体结构，并由低损耗的聚合材料构成，能够在7.2～10GHz频段中使用，具有轻重量、低成本、结构简单、易于加工生产的特点，其中低损耗的聚合材料可以是聚四氟乙烯 (polytetrafluoroethylene，简称PTFE)、高密度聚乙烯(High Density Polyethylene，简称HDPE)、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(Acrylonitrile Butadiene Styrene，简称ABS) 等材料。

本实施例中，第一同轴线2、第一介质腔4、第一过渡结构6与介质波导1的左侧依次相连，第二同轴线3、第二介质腔5、第二过渡结构7与介质波导1的右侧依次相连，且第一同轴线2与第二同轴线3、第一介质腔4与第二介质腔5以及第一过渡结构 6与第二过渡结构7均为左右对称设置。

进一步地，本实施例采用第一同轴线2和第二同轴线进行馈电，为了方便在微波测量器件中使用，第一同轴线2通过第一探针8与第一介质腔4相连，实现电磁波在第一介质腔4和第一同轴线2之间的转换，第二同轴线3与通过第二探针9与第二介质腔5相连，实现电磁波在第二介质腔5和第二同轴线3之间的转换；具体地，第一探针8和第二探针9均为金属探针，第一介质腔4的顶部开有第一通孔10，第一探针 8的上端与第一同轴线2固定相连，下端通过第一通孔10插入第一介质腔4中，从图中可以看到，第一同轴线2位于第一介质腔4的顶部处；第二介质腔5的顶部开有第二通孔11，第二探针9的一端与第二同轴线3固定相连，另一端通过第二通孔11插入第二介质腔5中，从图中可以看到，第二同轴线3位于第二介质腔5的顶部处。

进一步地，第一介质腔4和第二介质腔5从形状来看，均为矩形腔结构，第一介质腔4和第二介质腔5从材料来看，均为外表面(顶面、底面、左侧面、右侧面、前侧面和后侧面)覆有金属的介质腔；第一过渡结构6和第二过渡结构7从形状来看，均为梯形体结构，其具有顶面、底面和四个侧面，顶面和底面均为矩形，且顶面的长度小于底面的长度，顶面的宽度小于底面的宽度，四个侧面均为梯形，第一介质腔4 和第二介质腔5从材料来看，均为介质侧面覆有金属的过渡结构；具体地，第一介质腔4的右侧与第一过渡结构6的顶部相连，且第一介质腔4的右侧面与第一过渡结构6 的顶面尺寸相匹配，第一过渡结构6的底部与介质波导1的左侧相连，且第一过渡结构6的底面与介质波导1的左侧面尺寸相匹配；第二介质腔5的左侧与第二过渡结构7 的顶部相连，且第二介质腔5的左侧面与第二过渡结构7的顶面尺寸相匹配，第二过渡结构7的底部与介质波导1的右侧相连，且第二过渡结构7的底面与介质波导1的右侧面尺寸相匹配。

由此可见，第一过渡结构6与第一介质腔4的连接处长度小于第一过渡结构与介质波导1的连接处长度，第一过渡结构6与第一介质腔4的连接处宽度小于第一过渡结构6与介质波导1的连接处宽度，第二过渡结构7与第二介质腔5的连接处长度小于第二过渡结构7与介质波导1的连接处长度，第二过渡结构7与第二介质腔5的连接处宽度小于第二过渡结构7与介质波导1的连接处宽度。

本实施例通过在第一介质腔4和介质波导1之间设置第一过渡结构6，以及在第二介质腔5和介质波导1之间设置第二过渡结构7，不仅可以解决介质腔和介质波导横截面上的尺寸差异问题，而且能够有效地减少介质波导和介质腔之间模式转换带来的电磁波的损耗。

本实施例的电磁波转换装置工作原理为：以第一同轴线2作为第一端口，第二同轴线3作为第二端口，由第一端口将电磁波信号输入第一介质腔4，再通过第一过渡结构6完成第一同轴线2到介质波导1模式的转换，将大部分电磁波局限在介质波导1 内部，通过第二过渡结构7和第二介质腔5完成介质波导1到第二同轴线3模式的转换，由第二端口将电磁波信号输出；如图5所示，S11表示第一端口的回波损耗，S21 表示第一端口到第二端口的正向传输系数，从图中可以看到，在7.2～10GHz频段内， S21大于-3dB，S11小于-10dB，实现了电磁波在介质波导模式和同轴线模式之间的高效转换。

本实施例还提供了一种微波器件，该微波器件可以为滤波器或其他微波器件，其可以包括上述的电磁波转换装置，该电磁波转换装置能较好地满足微波器件轻重量、低成本、高性能和环保等发展趋势，使得微波器件具有结构简单，加工方便和低成本等优点。

上述实施例中，所述第一介质腔4、第二介质腔5、第一过渡结构6、第二过渡结构7、第一探针8、第二探针9的金属材料可以为铜、铝、铁、锡、银、金和铂的任意一种，或可以为铜、铝、铁、锡、银、金和铂任意一种的合金，优选采用铜材料。

综上所述，本实用新型的介质波导由低损耗的聚合材料构成，能够在7.2～10GHZ频段中使用，具有轻重量、低成本、结构简单、易于加工生产的特点；此外，本实用新型通过在介质腔和介质波导之间设置一段过渡结构，不仅可以解决介质腔和介质波导横截面上的尺寸差异问题，而且能够有效地减少介质波导和介质腔之间模式转换带来的电磁波的损耗。

以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利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专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。

Claims (9)

1.一种电磁波转换装置，其特征在于：包括第一同轴线、第二同轴线、第一介质腔、第二介质腔、第一过渡结构、第二过渡结构以及介质波导，所述介质波导为矩形体结构，且介质波导由低损耗的聚合材料构成，所述第一同轴线、第一介质腔、第一过渡结构与介质波导的第一侧依次相连，所述第二同轴线、第二介质腔、第二过渡结构与介质波导的与第一侧相对的第二侧依次相连，且第一同轴线与第二同轴线、第一介质腔与第二介质腔以及第一过渡结构与第二过渡结构均为对称设置。

2.根据权利要求1所述的电磁波转换装置，其特征在于：所述第一同轴线通过第一探针与第一介质腔相连，所述第二同轴线与通过第二探针与第二介质腔相连。

3.根据权利要求2所述的电磁波转换装置，其特征在于：所述第一介质腔开有第一通孔，所述第一探针的一端与第一同轴线固定相连，另一端通过第一通孔插入第一介质腔中；

所述第二介质腔开有第二通孔，所述第二探针的一端与第二同轴线固定相连，另一端通过第二通孔插入第二介质腔中。

4.根据权利要求2所述的电磁波转换装置，其特征在于：所述第一探针和第二探针均为金属探针。

5.根据权利要求1所述的电磁波转换装置，其特征在于：所述第一过渡结构与第一介质腔的连接处以及第一过渡结构与介质波导的连接处均为矩形，且第一过渡结构与第一介质腔的连接处长度小于第一过渡结构与介质波导的连接处长度，第一过渡结构与第一介质腔的连接处宽度小于第一过渡结构与介质波导的连接处宽度；

所述第二过渡结构与第二介质腔的连接处以及第二过渡结构与介质波导的连接处均为矩形，且第二过渡结构与第二介质腔的连接处长度小于第二过渡结构与介质波导的连接处长度，第二过渡结构与第二介质腔的连接处宽度小于第二过渡结构与介质波导的连接处宽度。

6.根据权利要求1-5任一项所述的电磁波转换装置，其特征在于：所述第一过渡结构和第二过渡结构均为介质侧面覆有金属的过渡结构。

7.根据权利要求1-5任一项所述的电磁波转换装置，其特征在于：所述第一介质腔和第二介质腔均为外表面覆有金属的介质腔。

8.根据权利要求1-5任一项所述的电磁波转换装置，其特征在于：所述第一介质腔和第二介质腔均为矩形腔结构。

9.一种微波器件，其特征在于：包括权利要求1-8任一项所述的电磁波转换装置。

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