CN220527175U - 一种波导过渡结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种波导过渡结构，包括波导组件、微带组件和将波导组件、微带组件连通的玻珠，波导组件包括波导本体、第一空气腔、第一空气腔匹配段，微带组件包括通信组件壳体、微带线组件、第二空气腔、第二空气匹配段，玻珠包括外导体、第一内导体和第二内导体。本实用新型波导壁宽边开方形窗，将玻珠粗边内径伸入方形窗和波导腔内部，玻珠距离波导短路面四分之一波导波长处，构成波导到方形匹配段再到新型玻珠的波导探针过渡结构，实现高频、超宽带阻抗匹配；玻珠细边内径再伸入圆形匹配段和50Ω圆形空气腔，通过调节圆形匹配段的直径达到抑制高次模的作用；玻珠细边内径与微带线基板点焊，新型玻珠外导体与产品壳体焊接实现本过渡结构的气密。

Description

一种波导过渡结构

技术领域

本实用新型涉及电气元件技术领域，具体涉及一种波导过渡结构。

背景技术

V频段频率较高，产品间射频信号的传输大多采用波导形式，而产品内部的射频信号传输均采用微带传输线，因此需要设计一种V频段波导电路到微带电路的过渡结构。

现有技术“V频段波导-微带的对脊鳍线过渡仿真设计”vol.37，No.9，2011通过两个正反面金属鳍构成的圆弧型渐变段，结合起抑制谐振作用的金属孤岛，实现了波导电路到微带电路的转换。此种过渡结构的缺点是：波导腔与过渡段腔体连通，致使产品内部无法实现密封；该过渡结构需要控制正反面对位精度，导致对印制板焊接的要求较高；其仿真结果表明该过渡结构带内回波损耗起伏较大，工作带宽较窄。

现有技术“一种V波段波导-微带转接器的设计与实现”中设计了一种E面耦合探针过渡结构，采用微带探针形式实现波导电路到微带电路的转换，此种过渡结构虽然工作带宽较宽，但也无法实现产品内部的气密。

此外通过波导-脊波导-微带线的过渡形式也能实现波导电路到微带电路的转换，但是此种过渡形式在射频方向上的过渡段较长，而且其对结构加工精度的要求太高，不利于产品的高度集成和批量制造。

因此，需要一种满足产品的气密性、高集成、超宽带和低损耗的需求的波导过渡结构。

发明内容

本实用新型是为了解决波导电路到微带电路过渡的气密性、损耗等问题，提供一种波导过渡结构，采用波导-空气匹配段-新型玻珠-空气匹配段-微带线的新型过渡结构，该过渡结构基于两次空气匹配、新型玻珠和焊接工艺实现了产品的超宽带、低损耗和气密等优良性能。

本实用新型提供一种波导过渡结构，包括波导组件、微带组件和将波导组件、微带组件连通的玻珠；

波导组件包括波导本体和设置在波导本体中的第一空气腔，微带组件包括通信组件壳体、和设置在通信组件壳体中的微带线组件、第二空气腔，第二空气腔连接在微带线组件一端；

玻珠为轴对称结构，玻珠包括外导体、沿外导体轴向伸出的第一内导体和沿外导体轴向另一端伸出的第二内导体，外导体、第一内导体和第二内导体均为圆柱体结构，外导体的直径大于第一内导体和第二内导体的直径，第一内导体的直径大于第二内导体的直径，第二内导体穿过外导体与第一内导体相连，第一内导体和第二内导体同轴；

第一内导体伸入第一空气腔内部，第二内导体穿过第二空气腔与微带线组件连接。

本实用新型所述的一种波导过渡结构，作为优选方式，波导组件还包括设置在第一空气腔与通信组件壳体之间的第一空气腔匹配段；

第一空气腔匹配段包括第一空气腔匹配段本体和设置在第一空气腔匹配段本体中的匹配槽，匹配槽的尺寸大于第一内导体的外径且横向中心线与第一内导体的轴向高度相同；

第一内导体穿过匹配槽伸入第一空气腔内部；

波导本体、第一空气腔和第一空气腔匹配段组成波导。

本实用新型所述的一种波导过渡结构，作为优选方式，第一空气腔为设置在波导本体一侧的方形开口槽，第一空气腔的顶部与波导本体顶部平齐，方形开口槽的底部两侧设置倒角，第一空气腔的底面为波导短路面。

本实用新型所述的一种波导过渡结构，作为优选方式，波导组件还包括设置在波导本体上的第一定位孔，第一定位孔的数量为两个、分别位于第一空气腔的两侧；

第一空气腔匹配段还包括设置在第一空气腔匹配段本体上的第二定位孔，第二定位孔的中心与匹配槽的中心齐平；

微带组件还包括设置通信组件壳体与第一空气腔匹配段的组装面上的定位销，通信组件壳体中设置定位销安装孔，定位销与通信组件壳体固定连接，定位销的数量为两个，定位销穿过第二定位孔插入第一定位孔中将波导本体、第一空气腔匹配段和微带组件固定。

本实用新型所述的一种波导过渡结构，作为优选方式，第一定位孔位于第一空气腔的波导短路面四分之一波导波长处；

第一空气腔匹配段本体为板状结构，第一空气腔匹配段本体的高度与波导本体高度相同。

本实用新型所述的一种波导过渡结构，作为优选方式，匹配槽为方槽。

本实用新型所述的一种波导过渡结构，作为优选方式，微带组件还包括设置在通信组件壳体内的第二空气匹配段，第二空气匹配段设置在第二空气腔与外导体之间，第二内导体依次穿过第二空气匹配段、第二空气腔与微带线组件连接。

本实用新型所述的一种波导过渡结构，作为优选方式，第二空气腔为50Ω圆形空气腔。

本实用新型所述的一种波导过渡结构，作为优选方式，微带线组件包括微带线基板和连接在微带线基板表面的微带线，微带线基板和外导体焊接在通信组件壳体的内腔中，第二内导体与微带线基板点焊连接，内腔表面镀金。

本实用新型所述的一种波导过渡结构，作为优选方式，第一内导体和第二内导体为一体结构，第一内导体和第二内导体通过玻璃体与外导体烧结成型。

本实用新型的技术解决方案是：采用在距离波导短路面四分之一波导波长处，在波导壁宽边开方形窗，将新型玻珠粗边内径伸入方形窗和波导腔内部，构成波导到方形匹配段再到新型玻珠的波导探针过渡结构，可以实现高频、超宽带阻抗匹配；新型玻珠细边内径再伸入圆形匹配段和50Ω圆形空气腔，通过调节圆形匹配段的直径达到抑制高次模的作用；新型玻珠细边内径与微带线基板点焊，新型玻珠外导体与产品壳体焊接实现本过渡结构的气密。具体解决方案如下：

(1)本实用新型采用新型玻珠结合两次空气匹配段，实现了过渡结构的超宽带阻抗匹配及高次模的抑制，保证了本过渡结构的高频、超宽带和低损耗性能；第一次方形空气匹配在波导和新型玻珠之间，通过在距离波导短路面四分之一波导波长处挖方形窗，配合新型玻珠粗边内径实现过渡结构的超宽带阻抗匹配；第二次圆形空气匹配在新型玻珠和微带线基板之间，配合新型玻珠细边内径和50Ω圆形空气腔，实现本过渡结构对高次模的抑制。

(2)本实用新型采用新型玻珠实现最高75GHz的高频信号传输，新型玻珠内径采用阶梯形式，伸入第一次方形空气匹配段的部分为粗边内径，直径为0.3mm；伸入第二次圆形空气匹配段的部分为细边内径，直径为0.22mm；与外导体重合部分的内导体内径为0.22mm；外导体直径为1.5mm，长度为1.4mm，外导体截面处保证玻璃体与外导体齐平。

(3)本实用新型采用两次空气匹配段匹配新型玻珠两侧，同时又要实现产品内部气密；通过拆分波导壁和第一次方形空气匹配段，先将新型玻珠和产品壳体焊接实现气密，再通过高精度结构加工、高精度定位实现波导壁、第一次方形空气匹配段、新型玻珠、第二次圆形空气匹配段和微带线基板的高精度装配，实现本过渡结构的一体化、超宽带、低损耗的特性。

上述方案的原理是：V频段通信系统及雷达系统为减少传输线带来的插损，基本上采用波导形式实现不同产品间的射频信号传输，而产品内部又需要采用微带线等平面电路实现射频信号的滤波、放大、混频等功能，因而需要设计一种超宽带低损耗的波导电路到微带线等平面电路的过渡结构；由电磁场理论可知，在距离波导短路面四分之一波导波长处场强最强，在此处伸入探针实现射频信号耦合；通过本实用新型中的第一次方形空气匹配段，实现波导高阻抗与新型玻珠50Ω阻抗的高频、超宽带匹配；新型玻珠与产品壳体焊接，保证了射频地的连续性及产品内部气密；新型玻珠与第二次圆形空气匹配段、50Ω圆形空气腔结合，第二圆形空气匹配段可消除玻珠、微带线搭接的不连续性，消除高次模效应，实现了新型玻珠与微带线基板的过渡；最终本实用新型实现了一种适应60GHz-75GHz的超宽带、低损耗、高气密的波导至微带电路的过渡结构。

本实用新型设计了一种新的实现形式，即波导-空气匹配段-新型玻珠-空气匹配段-微带线构成的新型过渡结构；采用两次空气匹配和新型玻珠探针结合进行宽带阻抗匹配和抑制高次模产生从而实现产品的超宽带和低损耗性能；通过结构设计实现新型玻珠两边同时匹配的可行性，新型玻珠与产品壳体焊接实现过渡结构气密，而且此种过渡结构紧凑、易于集成。本实用新型的仿真结果表明，在频段60GHz-75GHz范围内波导探针的回波损耗优于-30.5dB，插损小于0.1dB，且过渡结构的有效尺寸小于5.5mm。

本实用新型具有以下优点：

(1)本过渡结构传输性能良好，具备超宽带特性，在60GHz～75GHz频率范围内波导至新型探针的插损不大于0.1dB，回波损耗小于-30.5dB，大大减小了插损值，使其适用范围更广。

(2)与本文提到了两个文献相比，本实用新型的过渡结构在保证优良性能的前提下，又实现了一体化、气密性装配，使其适应更复杂的应用环境。

(3)本实用新型结构简易，加工制作方便，降低了制作成本。

(4)本实用新型结构具有适应各种微波毫米波集成电路传输结构，可广泛应用于60GHz～75GHz频率电路中，可进行大规模生产。

附图说明

图1为一种波导过渡结构截面示意图；

图2为一种波导过渡结构部分立体示意图；

图3为一种波导过渡结构波导组件结构示意图；

图4为一种波导过渡结构第一空气腔匹配段结构示意图；

图5为一种波导过渡结构玻珠结构示意图；

图6为一种波导过渡结构旋转后定位销结构示意图；

图7为一种波导过渡结构插损仿真图；

图8为一种波导过渡结构回波损耗仿真图。

附图标记：

1、波导组件；11、波导本体；12、第一空气腔；13、第一空气腔匹配段；131、第一空气腔匹配段本体；132、匹配槽；133、第二定位孔；14、第一定位孔；2、微带组件；21、通信组件壳体；22、微带线组件；23、第二空气腔；24、定位销；25、第二空气匹配段；3、玻珠；31、外导体；32、第一内导体；33、第二内导体。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

实施例1

如图1～6所示，一种波导过渡结构，包括波导组件1、微带组件2和将波导组件1、微带组件2连通的玻珠3；

波导组件1包括波导本体11和设置在波导本体11中的第一空气腔12，微带组件2包括通信组件壳体21、和设置在通信组件壳体21中的微带线组件22、第二空气腔23，第二空气腔23连接在微带线组件22一端；

玻珠3为轴对称结构，玻珠3包括外导体31、沿外导体31轴向伸出的第一内导体32和沿外导体31轴向另一端伸出的第二内导体33，外导体31、第一内导体32和第二内导体33均为圆柱体结构，外导体31的直径大于第一内导体32和第二内导体33的直径，第一内导体32的直径大于第二内导体33的直径，第二内导体33穿过外导体31与第一内导体32相连，第一内导体32和第二内导体33同轴；

第一内导体32伸入第一空气腔12内部，第二内导体33穿过第二空气腔23与微带线组件22连接；

波导组件1还包括设置在第一空气腔12与通信组件壳体21之间的第一空气腔匹配段13；

第一空气腔匹配段13包括第一空气腔匹配段本体131和设置在第一空气腔匹配段本体131中的匹配槽132，匹配槽132的尺寸大于第一内导体32的外径且横向中心线与第一内导体32的轴向高度相同；

第一内导体32穿过匹配槽132伸入第一空气腔12内部；

波导本体11、第一空气腔12和第一空气腔匹配段13组成波导；

第一空气腔12为设置在波导本体11一侧的方形开口槽，第一空气腔12的顶部与波导本体11顶部平齐，方形开口槽的底部两侧设置倒角，第一空气腔12的底面为波导短路面；

波导组件1还包括设置在波导本体11上的第一定位孔14，第一定位孔14的数量为两个、分别位于第一空气腔12的两侧；

第一空气腔匹配段13还包括设置在第一空气腔匹配段本体131上的第二定位孔133，第二定位孔133的中心与匹配槽132的中心齐平；

微带组件2还包括设置通信组件壳体21与第一空气腔匹配段13的组装面上的定位销24，定位销24与通信组件壳体21固定连接，定位销24的数量为两个，定位销24穿过第二定位孔133插入第一定位孔14中将波导本体11、第一空气腔匹配段13和微带组件2固定；

第一定位孔14位于第一空气腔12的波导短路面四分之一波导波长处；

第一空气腔匹配段本体131为板状结构，第一空气腔匹配段本体131的高度与波导本体11高度相同；

匹配槽132为方槽；

微带组件2还包括设置在通信组件壳体21内的第二空气匹配段25，第二空气匹配段25设置在第二空气腔23与外导体31之间，第二内导体33依次穿过第二空气匹配段25、第二空气腔23与微带线组件22连接；

第二空气腔23为50Ω圆形空气腔；

微带线组件22包括微带线基板和连接在微带线基板表面的微带线，微带线基板和外导体31焊接在通信组件壳体21的内腔中，第二内导体33与微带线基板焊接，内腔表面镀金；

第一内导体32和第二内导体33为一体结构。

如图1～2所示，为本实用新型中由波导壁11、第一次方形空气匹配段13、新型玻珠3、第二次圆形空气匹配段25、50Ω圆形空气腔23、微带线组件22和产品壳体21构成的过渡结构截面图；

图中波导本体11、第一空气腔12和第一次方形空气匹配段13构成BJ620波导，BJ620波导尺寸为3.76mm*1.88mm；图中132为方形匹配槽，3为新型玻珠，32为新型玻珠粗边内径，新型玻珠粗边32内径伸入BJ620波导内部形成探针耦合结构，新型玻珠粗边32内径距离波导短路面10为1.2mm；新型玻珠粗边32内径与方形匹配槽132构成第一次空气匹配结构，实现超宽带阻抗匹配；

图中23为50Ω圆形空气腔，25为第二次圆形空气匹配段，33为新型玻珠细边内径，新型玻珠细边内径33与第二次圆形空气匹配段25、50Ω圆形空气腔23实现第二次匹配及对高次模抑制；

图中22为微带线组件，材料为RO5880，基板厚度0.127mm，微带线线宽为0.38mm；图中21为产品壳体，其内腔表面镀金处理，微带线基板22和新型玻珠外导体3焊接在产品壳体21上，新型玻珠细边内径33与微带线基板22点焊，从而实现本波导至微带过渡结构的气密。

如图3所示，为本实用新型的波导壁1，波导壁1上表面挖槽3.76mm*1.88mm，槽底部两侧倒角0.5mm，构成波导短路面，结构加工时要求波导短路面与波导壁顶部的加工精度±0.01mm；在距离波导短路面四分之一波导波长处挖两处直径为1mm的第一定位孔14，与图6中销钉24实现定位安装。

如图4所示，为本实用新型的第一次方形空气匹配段13，厚度0.5mm；4为方形匹配槽，尺寸为0.8mm*0.8mm，结构加工时要求其中心距离第一次方形空气匹配段顶部的加工精度±0.01mm；两处定位孔133与方形匹配槽132中心齐平，与图6中销钉24实现定位安装。

如图5所示，为本实用新型的新型玻珠3，图中32为新型玻珠粗边内径，内径尺寸为0.3mm，长度为1.44mm；图中33为新型玻珠细边内径，内径尺寸为0.22mm，长度为1.1mm；图中31为新型玻珠外导体，其直径为1.5mm，长度为1.4mm。

波导壁1、第一次方形空气匹配段13和通信组件壳体21的材质均为钼铜。

第二次圆形空气匹配段25的直径为0.8mm长度为0.15mm。

如图1～2所示，为本实用新型中新型玻珠3、第二次圆形空气匹配段25、50Ω圆形空气腔23、微带线基板22和产品壳体21构成的装配图，微带线基板22和新型玻珠外导体31焊接在产品壳体21上，实现本过渡结构的气密。

如图7、8所示，为本实用新型的波导、第一次方形空气匹配段、新型玻珠构成的过渡结构插损和回波损耗仿真图，在60GHz～75GHz频率范围内波导探针的插损不大于0.1dB，回波损耗小于-30.5dB，具备良好的过渡传输特性。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，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，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种波导过渡结构，其特征在于：包括波导组件(1)、微带组件(2)和将所述波导组件(1)、所述微带组件(2)连通的玻珠(3)；

所述波导组件(1)包括波导本体(11)和设置在所述波导本体(11)中的第一空气腔(12)，所述微带组件(2)包括通信组件壳体(21)、和设置在所述通信组件壳体(21)中的微带线组件(22)、第二空气腔(23)，所述第二空气腔(23)连接在所述微带线组件(22)一端；

所述玻珠(3)为轴对称结构，所述玻珠(3)包括外导体(31)、沿所述外导体(31)轴向伸出的第一内导体(32)和沿所述外导体(31)轴向另一端伸出的第二内导体(33)，所述外导体(31)、所述第一内导体(32)和所述第二内导体(33)均为圆柱体结构，所述外导体(31)的直径大于所述第一内导体(32)和所述第二内导体(33)的直径，所述第一内导体(32)的直径大于所述第二内导体(33)的直径，所述第二内导体(33)穿过所述外导体(31)与所述第一内导体(32)相连，所述第一内导体(32)和所述第二内导体(33)同轴；

所述第一内导体(32)伸入所述第一空气腔(12)内部，所述第二内导体(33)穿过所述第二空气腔(23)与所述微带线组件(22)连接。

2.根据权利要求1所述的一种波导过渡结构，其特征在于：所述波导组件(1)还包括设置在所述第一空气腔(12)与所述通信组件壳体(21)之间的第一空气腔匹配段(13)；

所述第一空气腔匹配段(13)包括第一空气腔匹配段本体(131)和设置在所述第一空气腔匹配段本体(131)中的匹配槽(132)，所述匹配槽(132)的尺寸大于所述第一内导体(32)的外径且横向中心线与所述第一内导体(32)的轴向高度相同；

所述第一内导体(32)穿过所述匹配槽(132)伸入所述第一空气腔(12)内部；

所述波导本体(11)、所述第一空气腔(12)和所述第一空气腔匹配段(13)组成波导。

3.根据权利要求2所述的一种波导过渡结构，其特征在于：所述第一空气腔(12)为设置在所述波导本体(11)一侧的方形开口槽，所述第一空气腔(12)的顶部与所述波导本体(11)顶部平齐，所述方形开口槽的底部两侧设置倒角，所述第一空气腔(12)的底面为波导短路面。

4.根据权利要求2所述的一种波导过渡结构，其特征在于：所述波导组件(1)还包括设置在所述波导本体(11)上的第一定位孔(14)，所述第一定位孔(14)的数量为两个、分别位于所述第一空气腔(12)的两侧；

所述第一空气腔匹配段(13)还包括设置在所述第一空气腔匹配段本体(131)上的第二定位孔(133)，所述第二定位孔(133)的中心与所述匹配槽(132)的中心齐平；

所述微带组件(2)还包括设置所述通信组件壳体(21)与所述第一空气腔匹配段(13)的组装面上的定位销(24)，所述通信组件壳体(21)中设置定位销安装孔，所述定位销(24)与所述通信组件壳体(21)固定连接，所述定位销(24)的数量为两个，所述定位销(24)穿过所述第二定位孔(133)插入所述第一定位孔(14)中将所述波导本体(11)、所述第一空气腔匹配段(13)和所述微带组件(2)固定。

5.根据权利要求4所述的一种波导过渡结构，其特征在于：所述第一定位孔(14)位于所述第一空气腔(12)的波导短路面四分之一波导波长处；

所述第一空气腔匹配段本体(131)为板状结构，所述第一空气腔匹配段本体(131)的高度与所述波导本体(11)高度相同。

6.根据权利要求2所述的一种波导过渡结构，其特征在于：所述匹配槽(132)为方槽。

7.根据权利要求1所述的一种波导过渡结构，其特征在于：所述微带组件(2)还包括设置在所述通信组件壳体(21)内的第二空气匹配段(25)，所述第二空气匹配段(25)设置在所述第二空气腔(23)与所述外导体(31)之间，所述第二内导体(33)依次穿过所述第二空气匹配段(25)、所述第二空气腔(23)与所述微带线组件(22)连接。

8.根据权利要求7所述的一种波导过渡结构，其特征在于：所述第二空气腔(23)为50Ω圆形空气腔。

9.根据权利要求1所述的一种波导过渡结构，其特征在于：所述微带线组件(22)包括微带线基板和连接在所述微带线基板表面的微带线，所述微带线基板和所述外导体(31)焊接在所述通信组件壳体(21)的内腔中，所述第二内导体(33)与所述微带线基板点焊连接，所述内腔表面镀金。

10.根据权利要求1所述的一种波导过渡结构，其特征在于：所述第一内导体(32)和所述第二内导体(33)为一体结构。