CN101677145A - 应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于微带－波导转换的阶梯型脊波导结构，该阶梯型脊波导结构包括：一阶梯型脊波导转换部分，该阶梯型脊波导转换部分制作于波导腔内且与波导腔内壁成为一体；一微带线，从一端延伸入波导腔，连接于阶梯型脊波导转换部分；一波导，与波导腔的另一端连接。该阶梯型脊波导结构用于实现信号在波导和微带两种结构中的转换，信号从一端的微带线或波导结构输入，经过阶梯型脊波导转换部分的转换，由另一端输出。本发明提供的这种应用于微带－波导转换的阶梯型脊波导结构，可以有效的完成微带线到波导的转换，损耗低、驻波好、加工简单且装配方便。
Description
技术领域
本发明涉及电磁场、机械加工以及微封装技术领域，尤其涉及一种应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构，该阶梯型脊波导结构可以有效地完成微带线到波导的转换，且加工简单，装配方便，具有良好的微波特性，损耗低，驻波好，是在完成毫米波段功率放大模块的研制过程中形成的新的脊波导结构。
背景技术
当前微波毫米波***，比如军用与民用中的收发***要求更为紧凑的过渡，目前常用的过渡结构有：脊波导过渡、对极鳍线过渡、探针过渡等等，这些过渡结构带宽较宽(10～20％内回波损耗在15dB以下)，***损耗不到0.7dB，他们加工复杂，一些过渡尺寸长，工艺要求高，并且还要考虑元器件气密性问题，因此增加了设计的费用和加工的难度，使其成本相应提高。
本发明是一种应用于微带一波导转换的阶梯型脊波导结构，阶梯的结构实现信号在微带与波导之间的转换，虽然这种结构的损耗和带宽有限，但是加工简单，装配方便，特别适合工程应用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的主要目的是提供一种应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构，以实现毫米波段波导-微带转换的低损耗，且驻波好、加工简单以及装配方便。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构，该阶梯型脊波导结构包括：
一阶梯型脊波导转换部分，该阶梯型脊波导转换部分制作于波导腔内且与波导腔内壁成为一体；
一微带线，从一端延伸入波导腔，连接于阶梯型脊波导转换部分；
一波导，与波导腔的另一端连接。
上述方案中，该阶梯型脊波导结构用于实现信号在波导和微带两种结构中的转换，信号从一端的微带线或波导结构输入，经过阶梯型脊波导转换部分的转换，由另一端输出。
上述方案中，所述阶梯型脊波导转换部分呈倒台阶状，位于波导腔的中间部分，台阶的下底面与波导腔内上壁的成为一体，台阶的上表面通过一舌状延伸物与微带线连接。
上述方案中，所述阶梯型脊波导转换部分至少包括三个台阶和一个与微带线连接的舌状延伸物。
上述方案中，所述舌状延伸物从台阶上表面的顶角部分延伸而来，与倒台阶状的阶梯型脊波导转换部分成为一体。
上述方案中，所述微带线通过一衬底固定于与波导腔的内下壁连接的金属上。
上述方案中，该阶梯型脊波导结构采用金属材质，并通过精密一体化加工制作而成。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的这种应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构，在实际应用中可以成功实现信号在微带与波导之间的转换，该结构***损耗小，能够获得良好的输入输出反射性能。
2、本发明提供的这种应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构，表现出低损耗，加工简单，装配方便，可定制等特点，是在完成波导级功率放大模块的研制过程中形成的新的转换结构。
附图说明
图1是本发明提供的应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构的三维立体示意图；
图2是本发明提供的应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构沿B-B′截面的仰视图；
图3是本发明提供的应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构沿A-A′截面的剖面图，其中，填充有斜线的部分用于表示阶梯型脊波导结构的波导腔及台阶；
图4是本发明提供的应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构中各台阶的示意图；
图5是本发明应用于Ka波段的小信号***损耗测试图；
图6是本发明应用于Ka波段输入输出端口反射测试图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
请参照图1、图2和图3，本发明提供的这种用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构，包括一阶梯型脊波导转换部分、一微带线和一波导。其中，该阶梯型脊波导转换部分制作于波导腔内且与波导腔内壁成为一体；微带线从波导腔的一端延伸入波导腔内，连接于阶梯型脊波导转换部分；波导与波导腔的另一端相连接。
该阶梯型脊波导结构采用金属材质，并通过精密一体化加工制作而成。该阶梯型脊波导结构用于实现信号在波导和微带两种结构中的转换，信号从一端的微带线或波导结构输入，经过阶梯型脊波导转换部分的转换，由另一端输出。
阶梯型脊波导转换部分呈倒台阶状，位于波导腔的中间部分，台阶的下底面与波导腔内上壁的成为一体，台阶的上表面通过一舌状延伸物与微带线连接。阶梯型脊波导转换部分至少包括三个台阶和一个与微带线连接的舌状延伸物。舌状延伸物从台阶上表面的顶角部分延伸而来，与倒台阶状的阶梯型脊波导转换部分成为一体。
该阶梯型脊波导转换部分两端分别接波导与微带线，在制作时直接与波导腔连在一起，通过合理的阶梯尺寸设计，可以使其在所需要的频带内输入输出反射性能好，插损小。该阶梯型脊波导转换部分与波导连成一体，采用金属材质，并通过精密一体化加工制作而成。
所述微带线通过一衬底固定于与波导腔的内下壁连接的金属上。
本发明提供的这种应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构，其主要的尺寸包括工作频段内方波导的长度a，宽度b，阶梯型脊波导的级数n，以及脊的宽度W2，每一级脊的高度H1，H2，H3，每一级脊的长度L1，L2，L3，以及脊和微带型接触的舌头宽度W1，高度H4，长度L4。
本发明的具体设计流程如下：
步骤1、根据工作频率，参照国际标准，选择相对应的方波导几何尺寸，这里包括波导的宽度和长度；
步骤2、根据设计所需要的带宽和中心频率响应点的要求，设计脊波导结构，包括确定脊波导阶梯的级数n，各级阶梯的长度L1，L2，L3，高度H1，H2，H3和宽度W2；同时，设计脊和微带型接触的舌头宽度W1，高度H4，长度L4。将计算所得的参数带入HFSS软件中进行优化，得到脊的最佳设计几何尺寸；
步骤3、根据指标要求以及工艺条件，选择波导精细加工中的公差要求，包括光洁度要求、垂直度要求以及位置度要求。
步骤4、用金属材料制作方波导与转换部分连在一起的一体化结构、制作相对应的微带线，安装腔体，最终实现所述的适用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构
步骤5、测试分析，波导接口的网络分析仪测试结构的损耗以及驻波比。
在实际工作经验中发现，在采用对极鳍线过渡、探针过渡等方法，虽然带宽较宽，但他们加工复杂，一些过渡尺寸长，工艺要求高，因此增加了设计的费用和加工的难度，使其成本相应提高。不适合工程应用，本发明所提出的微带-波导转换的阶梯型脊波导结构，通过简单的阶梯型脊的设计与加工，就能实现微带到波导的高效转换。
图1示出了本发明提供的应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构的三维立体示意图。图2示出了本发明提供的应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构沿B-B′截面的仰视图，其中，填充有斜线的部分用于表示阶梯型脊波导结构的波导腔。图3示出了本发明提供的应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构沿A-A′截面的剖面图，其中，填充有斜线的部分用于表示阶梯型脊波导结构的波导腔及台阶。图4示出了本发明提供的应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构中各台阶的示意图。
本发明提供的应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构，引入的***损耗非常低，从图5中可以看出，在34.5～36GHz频带范围内，***损耗＜1.6dB，由于采用的是背靠背测试方法，中间存在一段10mm的50欧姆微带线，因此单个脊波导的差损＜0.7dB。从图6中可以看到，输入输出端口的驻波在34.5～36GHz内均小于1.5，完全满足微带到波导的转换要求。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1、一种应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构，其特征在于，该阶梯型脊波导结构包括：
一阶梯型脊波导转换部分，该阶梯型脊波导转换部分制作于波导腔内且与波导腔内壁成为一体；
一微带线，从一端延伸入波导腔内，连接于阶梯型脊波导转换部分；
一波导，与波导腔的另一端连接。
2、根据权利要求1所述的应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构，其特征在于，该阶梯型脊波导结构用于实现信号在波导和微带两种结构中的转换，信号从一端的微带线或波导结构输入，经过阶梯型脊波导转换部分的转换，由另一端输出。
3、根据权利要求1所述的应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构，其特征在于，所述阶梯型脊波导转换部分呈倒台阶状，位于波导腔的中间部分，台阶的下底面与波导腔内上壁的成为一体，台阶的上表面通过一舌状延伸物与微带线连接。
4、根据权利要求3所述的应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构，其特征在于，所述阶梯型脊波导转换部分至少包括三个台阶和一个与微带线连接的舌状延伸物。
5、根据权利要求3所述的应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构，其特征在于，所述舌状延伸物从台阶上表面的顶角部分延伸而来，与倒台阶状的阶梯型脊波导转换部分成为一体。
6、根据权利要求1所述的应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构，其特征在于，所述微带线通过一衬底固定于与波导腔的内下壁连接的金属上。
7、根据权利要求1所述的应用于微带-波导转换的阶梯型脊波导结构，其特征在于，该阶梯型脊波导结构采用金属材质，并通过精密一体化加工制作而成。
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