CN220400877U - 馈电结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种馈电结构，其包括介质层、传输线和封闭波导，介质层包括相背的第一表面和第二表面；传输线包括共面波导和微带线，共面波导包括设置于第一表面上的中心导体和第一参考地，微带线包括设置于第一表面上的导电带和设置于第二表面上的第二参考地，中心导体和自微带线导电带两端延伸形成；封闭波导设置于第二表面上并与第二参考地电连接。本实用新型提供的馈电结构，既能够利用波导低损耗的优点，又能够克服其不能直接与微带线连接的缺点；通过引入介质层、传输线和封闭波导的设计，能够使馈电线路在大部分长度上使用低损耗的波导，在接近天线的地方再转换为微带线，从而降低整个馈电线路的损耗，提高雷达系统的性能和效率。

Description

馈电结构

技术领域

本实用新型是关于馈电线路技术领域，特别是关于一种馈电结构。

背景技术

在当前的科技环境下，无线通信和雷达技术的快速发展让毫米波频段的应用在科研界和工业界中得到了越来越多的关注。毫米波具备高频率、大带宽以及小天线尺寸等独特优点，因此，在雷达、通信以及导航等领域，其应用前景非常广泛。特别是毫米波雷达，由于其具备高精度、高分辨率的目标检测和识别能力，已经成为毫米波应用中的关键元素。

然而，毫米波雷达在实际应用中还面临着许多重大挑战。一大挑战就是由于毫米波频率的高度，其馈电线路的损耗也相应地较大。这是一个必须要严格控制的特性，因为它直接影响到毫米波雷达的性能和效率。

在实际使用环境中，微带线因为其制造便捷、容易与其他电路元件集成的特点，已经被广泛应用于毫米波雷达的馈电系统中。但微带线也有其局限性，那就是在高频的应用中，其损耗较大，这限制了其在毫米波雷达中的应用。另一方面，波导的损耗较小，是一个优点，但是由于其尺寸和结构的特殊性，波导无法直接与微带线或微带天线连接。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种新的馈电结构。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种馈电结构，其既能够利用波导低损耗的优点，又能够克服其不能直接与微带线连接的缺点。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：

一种馈电结构，其包括：介质层，包括相背的第一表面和第二表面；传输线，包括共面波导和微带线，所述共面波导包括设置于所述第一表面上的中心导体和第一参考地，所述微带线包括设置于所述第一表面上的导电带和设置于所述第二表面上的第二参考地，所述中心导体和自所述微带线导电带两端延伸形成；封闭波导，设置于所述第二表面上并与所述第二参考地电连接。

在一个或多个实施方式中，所述第一参考地包括相互平行且铺设于所述第一表面上的第一接地导体和第二接地导体，所述中心导体设于所述第一接地导体和第二接地导体之间，所述中心导体与所述第一接地导体和第二接地导体通过间隙隔开。

在一个或多个实施方式中，所述中心导体的宽度为3～8mm，所述间隙的宽度为1～2mm。

在一个或多个实施方式中，所述导电带设于所述第一接地导体和第二接地导体之间，所述导电带周围设有椭圆形的隔离区域。

在一个或多个实施方式中，所述导电带的宽度为8～12mm。

在一个或多个实施方式中，所述第二参考地包括主体部和自所述主体部两端延伸形成的延伸部，所述主体部的宽度大于所述延伸部的宽度。

在一个或多个实施方式中，所述主体部呈椭圆形，所述延伸部呈矩形。

在一个或多个实施方式中，所述延伸部在其宽度方向的两侧凸伸形成有矩形的枝节部，所述枝节部的凸伸长度为8～12mm。

在一个或多个实施方式中，所述封闭波导呈矩形管状，所述封闭波导的长度为50～60mm。

在一个或多个实施方式中，所述第二参考地中心区域设有与所述封闭波导的端部形状相匹配的避让区域。

与现有技术相比，本实用新型提供的馈电结构，既能够利用波导低损耗的优点，又能够克服其不能直接与微带线连接的缺点；通过引入介质层、传输线和封闭波导的设计，能够使馈电线路在大部分长度上使用低损耗的波导，在接近天线的地方再转换为微带线，从而降低整个馈电线路的损耗，提高雷达系统的性能和效率。

附图说明

图1是本实用新型一实施方式中馈电结构的立体结构示意图；

图2是图1所示馈电结构的俯视图；

图3是图1所示馈电结构的仰视图。

主要附图标记说明：

1-介质层，11-第一表面，12-第二表面，2-传输线，21-共面波导，211-中心导体，212-第一参考地，2121-第一接地导体，2122-第二接地导体，2123-间隙，22-微带线，221-导电带，222-第二参考地，2221-主体部，2222-延伸部，2223-枝节部，2224-避让区域，223-隔离区域，3-封闭波导。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

毫米波雷达由于其能够提供高精度和高分辨率的目标检测和识别，已成为毫米波应用的重中之重。然而，由于毫米波的频率高，其馈电线路的损耗较大，这在实际应用中需要严格控制。微带线22由于其制造简便、易于与其他电路元件集成的特点，被广泛应用在毫米波雷达的馈电系统中。但是，微带线22在高频情况下，其损耗较大，这限制了其在毫米波雷达中的应用。而波导虽然具有损耗小的特点，但是由于其尺寸和结构的限制，无法直接与微带线22或微带天线连接。

针对前述问题，本实用新型提出了一种新型的馈电结构，该馈电结构包括了介质层1、传输线2和封闭波导3。这种设计的主要思路是通过有效地结合波导和微带线22的优点，避免它们的缺点，以提高毫米波雷达的性能和效率。

介质层1的引入，作为支撑结构，提供了稳定的平台用于安置微带线22和波导，减少了两者之间的相互影响。传输线2包括共面波导21和微带线22，兼顾了共面波导21低损耗和微带线22易于集成的优点，能够更有效地进行电磁波的传输。封闭波导3的设计则有效地降低了电磁波的散射和漏波，进一步降低了系统的损耗。

该馈电结构设计的优点是既能够利用波导低损耗的优点，又能够克服其不能直接与微带线22连接的缺点。通过引入介质层1、传输线2和封闭波导3的设计，能够使馈电线路在大部分长度上使用低损耗的波导，在接近天线的地方再转换为微带线22，从而降低整个馈电线路的损耗，提高雷达系统的性能和效率。

请参照图1至图3所示，本实用新型一实施方式中馈电结构，其包括：介质层1、传输线2和封闭波导3。其中，介质层1包括相背的第一表面11和第二表面12；传输线2包括共面波导21和微带线22，所述共面波导21包括设置于所述第一表面11上的中心导体211和第一参考地212，所述微带线22包括设置于所述第一表面11上的导电带221和设置于所述第二表面12上的第二参考地222，所述中心导体211和自所述微带线22导电带221两端延伸形成；封闭波导3设置于所述第二表面12上并与所述第二参考地222电连接。

介质层1的主要功能是提供一个支撑平台，承载和支撑其上的传输线2以对电磁波进行传输。介质层1可以为传输线2和封闭波导3提供了一个良好的绝缘层，防止了其之间的电磁干扰和串扰，从而提高系统的稳定性和可靠性。此外，介质层1为传输线2和封闭波导3提供了一个合适的介质环境，使得其特性阻抗和传播模式能够相互匹配，从而实现无反射和无失配的连接。

介质层1可以是具有一定厚度和介电常数的材料，它用于支撑传输线2和封闭波导3，同时也起到隔离和匹配的作用。介质层1的厚度和介电常数会影响到传输线2和封闭波导3的特性阻抗和传播模式，因此需要根据具体的应用场景进行合理的选择和设计，以最大化地减少信号损耗和反射。例如，介质层1可以采用聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺(PI)、氧化铝(Al2O3)等低损耗、高稳定性的材料，其厚度可以在0.1毫米到1毫米之间，其介电常数可以在2到10之间。

传输线2包括共面波导21和微带线22。共面波导21包括位于介质层1第一表面11上的中心导体211和第一参考地212。微带线22包括位于介质层1第一表面11上的导电带221和位于第二表面12上的第二参考地222。导体和参考地的材料可以选用具有良好导电性能的金属材料，如铜、铝、银等。共面波导21的设计可以利用其低损耗的优点，提高传输效率。而微带线22的设计则可以方便地与其他电路元件集成，提高了系统的灵活性和集成度。

传输线2是一种可以用于传输电磁波信号的结构，它包括共面波导21和微带线22两种形式。共面波导21是一种由中心导体211和两个参考地组成的平面结构，它具有低损耗、高隔离、宽带等优点，适用于与波导连接。微带线22是一种由导电带221和一个参考地组成的平面结构，它具有结构简单、易于与其他电路元件集成等优点，适用于与微带天线连接。传输线2中的中心导体211和导电带221是通过延伸连接的，这样可以实现从共面波导21到微带线22的过渡，为共面波导21和微带线22提供了一个平滑的过渡结构，使得两者能够无缝连接，并且可以调节其长度来优化过渡效果。

封闭波导3设置在介质层1的第二表面12上，并与第二参考地222电连接。波导的材料可以选用具有良好电磁屏蔽性能和机械强度的金属材料，如铜、铝等。封闭波导3的设计可以有效地减少电磁波的散射和漏波，降低系统的损耗。同时，封闭波导3与第二参考地222的电连接也为微带线22提供了一个稳定的参考电位，有助于提高传输线2的性能。

封闭波导3可以是由金属壁组成的空腔结构，并且可以在内部形成特定的电磁场分布。封闭波导3与第二参考地222电连接，这样可以实现从封闭波导3到共面波导21的过渡，并且可以调节其尺寸和形状来优化过渡效果。例如，封闭波导3可以采用矩形、圆形、椭圆形等不同的截面形状。

一示例性的实施例中，请参照图1和图2所示，第一参考地212包括相互平行且铺设于所述第一表面11上的第一接地导体2121和第二接地导体2122，所述中心导体211设于所述第一接地导体2121和第二接地导体2122之间，所述中心导体211与所述第一接地导体2121和第二接地导体2122通过间隙2123隔开。

第一参考地212可以为中心导体211提供了一个良好的隔离，防止中心导体211与外部环境或者其他电路元件之间的电磁干扰和串扰。第一参考地212的第一接地导体2121和第二接地导体2122平行地位于介质层1的第一表面11，其主要作用是为中心导体211提供一个稳定的参考电位，以确保电磁波信号的准确传输。这两个接地导体可以由良好的导电性能的金属材料制成，如铜、铝、银等。它们的宽度、厚度和间距可以根据实际需求选择，以优化传输性能。例如，增大接地导体的宽度可以提高接地的效果，减小间距可以降低对信号的干扰。

中心导体211位于第一接地导体2121和第二接地导体2122之间，通过间隙2123与它们隔开。中心导体211的主要功能是传输电磁波信号。它可以由良好的导电性能的金属材料制成，如铜、铝、银等。中心导体211的尺寸和形状可以根据实际需求选择，以优化传输性能。例如，增大中心导体211的宽度可以提高信号的传输效率，改变其形状可以调整传输线2的阻抗。

间隙2123是中心导体211与第一、第二接地导体2122之间的空间，它的主要作用是电隔离中心导体211与接地导体，防止电流的直接流动，从而确保信号的正确传输。间隙2123的宽度可以根据实际需求选择，以优化传输性能。例如，增大间隙2123的宽度可以降低信号的耦合，减小间隙2123的宽度可以提高系统的集成度。

优选地，中心导体211的宽度为3～8mm，所述间隙2123的宽度为1～2mm。例如，中心导体211的宽度可以是3mm、3.2mm、5mm、6.6mm、8mm等，间隙2123的宽度可以是1mm、1.2mm、1.5mm、1.6mm、2mm等。

共面波导21的特性阻抗是由中心导体211的宽度、间隙2123的宽度、介质层1的厚度和介电常数等因素决定的。为了实现与波导或者其他传输线2的无反射和无失配的连接，共面波导21的特性阻抗需要与之相匹配。一般来说，标准波导或者其他传输线2的特性阻抗在50欧姆左右，因此，共面波导21也需要设计成50欧姆左右。通过计算和仿真，可以得到当中心导体211的宽度在3～8mm，间隙2123的宽度在1～2mm时，共面波导21的特性阻抗可以在50欧姆左右，从而实现阻抗匹配。

共面波导21的损耗是由金属损耗、介质损耗和辐射损耗等因素组成的。为了降低损耗，需要选择低损耗的金属或者金属化材料来制作中心导体211和参考地，并且选择低损耗的介质材料来制作介质层1。此外，还需要控制中心导体211和参考地之间的间隙2123，使得电磁场能够主要集中在介质层1内部，而不是向外辐射。通过计算和仿真，可以得到当中心导体211的宽度在3～8mm，间隙2123的宽度在1～2mm时，共面波导21的损耗可以达到最小值。

共面波导21的带宽是指其能够有效传输电磁波信号的频率范围。为了增加带宽，需要保证共面波导21在该频率范围内具有稳定和一致的特性阻抗和传播模式。这就要求中心导体211和参考地之间的间隙2123不能过大或者过小，否则会造成阻抗或者模式的变化。通过计算和仿真，可以得到当中心导体211的宽度在3～8mm，间隙2123的宽度在1～2mm时，共面波导21可以实现最大化的带宽。

具体地，导电带221设于所述第一接地导体2121和第二接地导体2122之间，所述导电带221周围设有椭圆形的隔离区域223。隔离区域223是一种设于导电带221周围，并且呈椭圆形的结构，它用于隔离导电带221和第一参考地212之间的电磁场，并且改善微带线22的辐射效率。隔离区域223为导电带221提供一个良好的隔离层，防止导电带221与第一参考地212之间的电磁干扰和串扰，并为导电带221提供一个合适的辐射环境，使得导电带221能够更有效地向外辐射电磁波信号，并且提高了微带线22的辐射效率。

优选地，导电带221的宽度为3～8mm。例如，导电带221的宽度可以是8mm、8.5mm、9mm、10mm、12mm等。在微带线22中，特性阻抗与导电带221的宽度、介质层1的厚度以及介质的介电常数有关。如果导电带221的宽度在3mm至8mm的范围内，可以使得特性阻抗在通常工程应用所需的50欧姆至75欧姆范围内。如果导电带221的宽度过窄或过宽，都会导致特性阻抗过高或过低，不符合工程需求。导电带221的宽度也影响着微带线22的损耗。理论上，更宽的导电带221可以提供更低的电阻损耗。然而，宽度过大的导电带221在实际中难以实现，并可能引起其他问题，如模式不稳定、阻抗不匹配等。

一示例性的实施例中，请参照图3所示，第二参考地222包括主体部2221和自所述主体部2221两端延伸形成的延伸部2222，所述主体部2221的宽度大于所述延伸部2222的宽度。在微带线22结构中，信号的传播模式主要是准横电模式(Quasi-TEM)。当主体部2221的宽度大于延伸部2222的宽度时，微带线22的有效介电常数变大，而有效介电常数对应的就是信号在微带线22上的传播速度。因此，主体部2221和延伸部2222的宽度差异可以有效地调整微带线22的有效介电常数，进而控制信号的传播速度。导电带221和第二参考地222的间距以及宽度差异会影响微带线22的特性阻抗。通过调整主体部2221和延伸部2222的宽度，可以实现微带线22的阻抗匹配，减少信号反射，提高系统性能。

优选地，主体部2221呈椭圆形，所述延伸部2222呈矩形。椭圆形的主体部2221与矩形的延伸部2222共同构成了一个独特的电磁场分布环境。在椭圆形的主体部2221中，电磁场更加均匀，可以有效地防止电磁波的能量集中。在矩形的延伸部2222中，电磁场更加集中，可以有效地指导电磁波的传播。主体部2221和延伸部2222的形状会影响微带线22的特性阻抗和传播模式，从而影响与封闭波导3和共面波导21的阻抗匹配。为了优化阻抗匹配，需要选择合适的形状来调节微带线22的电感和电容。通过计算和仿真，可以得到当主体部2221呈椭圆形，延伸部2222呈矩形时，微带线22的特性阻抗和传播模式可以与封闭波导3和共面波导21相匹配，从而实现无反射和无失配的连接。

具体地，延伸部2222在其宽度方向的两侧凸伸形成有矩形的枝节部2223，所述枝节部2223的凸伸长度为8～12mm。枝节部2223的存在增加了电磁场的复杂性，这可以帮助进一步优化电磁场的分布。通过改变枝节部2223的凸伸长度，可以改变电磁场在该区域的分布，从而对信号传输的效率和质量进行微调。

进一步地，封闭波导3呈矩形管状，所述封闭波导3的长度为50～60mm。第二参考地222中心区域设有与所述封闭波导3的端部形状相匹配的避让区域2224。封闭波导3的形状会影响其内部的电磁场强度，从而影响信号传输效果。为了降低损耗，需要选择合适的形状来减少电磁场与壁面之间的接触面积。通过计算和仿真，可以得到当封闭波导3呈矩形管状时，它可以使电磁场主要集中在空腔中心，并且减少与壁面之间的损耗。封闭波导3的长度会影响其内部的谐振频率，从而影响信号传输效果。为了控制频率，需要选择合适的长度来满足特定的应用需求。通过计算和仿真，可以得到当封闭波导3的长度在50～60mm时，它可以在毫米波频段(30～300GHz)内实现有效地谐振，并且可以调节其长度来优化谐振频率。第二参考地222中心区域设有与封闭波导3端部形状相匹配的避让区域2224，这可以防止封闭波导3与第二参考地222之间的短路。避让区域2224与封闭波导3端部形状相匹配，可以确保信号的顺畅传输，避免因为封闭波导3与第二参考地222接触导致的信号损失。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种馈电结构，其特征在于，包括：

介质层，包括相背的第一表面和第二表面；

传输线，包括共面波导和微带线，所述共面波导包括设置于所述第一表面上的中心导体和第一参考地，所述微带线包括设置于所述第一表面上的导电带和设置于所述第二表面上的第二参考地，所述中心导体和自所述微带线导电带两端延伸形成；

封闭波导，设置于所述第二表面上并与所述第二参考地电连接。

2.如权利要求1所述的馈电结构，其特征在于，所述第一参考地包括相互平行且铺设于所述第一表面上的第一接地导体和第二接地导体，所述中心导体设于所述第一接地导体和第二接地导体之间，所述中心导体与所述第一接地导体和第二接地导体通过间隙隔开。

3.如权利要求2所述的馈电结构，其特征在于，所述中心导体的宽度为3～8mm，所述间隙的宽度为1～2mm。

4.如权利要求2所述的馈电结构，其特征在于，所述导电带设于所述第一接地导体和第二接地导体之间，所述导电带周围设有椭圆形的隔离区域。

5.如权利要求4所述的馈电结构，其特征在于，所述导电带的宽度为8～12mm。

6.如权利要求1所述的馈电结构，其特征在于，所述第二参考地包括主体部和自所述主体部两端延伸形成的延伸部，所述主体部的宽度大于所述延伸部的宽度。

7.如权利要求6所述的馈电结构，其特征在于，所述主体部呈椭圆形，所述延伸部呈矩形。

8.如权利要求6所述的馈电结构，其特征在于，所述延伸部在其宽度方向的两侧凸伸形成有矩形的枝节部，所述枝节部的凸伸长度为8～12mm。

9.如权利要求1所述的馈电结构，其特征在于，所述封闭波导呈矩形管状，所述封闭波导的长度为50～60mm。

10.如权利要求9所述的馈电结构，其特征在于，所述第二参考地中心区域设有与所述封闭波导的端部形状相匹配的避让区域。