CN107394329A - Ka波段微带波导转换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及毫米波技术领域，公开一种Ka波段微带波导转换电路，包括：微带电路板、矩形波导腔和微带电路板槽；其中，所述微带电路板放置在所述微带电路板槽内，并垂直于所述矩形波导腔的波导口的宽边伸入矩形波导腔；所述微带电路板一端为输入端口，另一端伸入所述矩形波导腔内。该Ka波段微带波导转换电路具有如下优点：1)宽频带，覆盖Ka频段12GHz带宽；2)低损耗过渡，全频段内插损小于0.4dB；3)结构简单、紧凑，易于集成。
Description
技术领域
本发明涉及毫米波技术领域，具体地，涉及一种Ka波段微带波导转换电路。
背景技术
在现代毫米波技术领域中，微带线以其便于集成的特点成为十分重要的传输线形式。但是随着高频段领域的不断研究和发展，微带线已不能满足对于低传输损耗的要求。因此金属波导也逐渐成为了毫米波***采用的主要形式，而作为微带线和金属波导之间的过渡，微带-波导转换电路无疑成为了比较热门的研究领域。结构简单、插损小、驻波系数小、宽频带等特点是对该类产品的最基本要求。
常用的微带-波导转换方式有脊波导转换、过渡鳍线转换、耦合探针转换三种。在毫米波频段，耦合探针转换方式中的微带探针转换因其在结构尺寸、插损等方面的优势而得到了更为广泛的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种Ka波段微带波导转换电路，该Ka波段微带波导转换电路具有如下优点：1)宽频带，覆盖Ka频段12GHz带宽；2)低损耗过渡，全频段内插损小于0.4dB；3)结构简单、紧凑，易于集成。
为了实现上述目的，本发明提供一种Ka波段微带波导转换电路，该Ka波段微带波导转换电路包括：微带电路板、矩形波导腔和微带电路板槽；其中，所述微带电路板放置在所述微带电路板槽内，并垂直于所述矩形波导腔的波导口的宽边伸入矩形波导腔；所述微带电路板一端为输入端口，另一端伸入所述矩形波导腔内。
优选地，所述微带电路板包括：介质基板以及设置在所述介质基板上的微带传输线、阻抗变换器、探针、接地孔和接地区域。
优选地，所述介质基板的型号为Rogers RT5880。
优选地，所述矩形波导腔为型号为BJ320的矩形波导腔。
优选地，所述矩形波导腔的长度为7.112mm；所述矩形波导腔的宽度为3.556mm。
优选地，所述微带电路板伸入所述矩形波导腔的部分与所述矩形波导腔的短路面之间的距离等于四分之一波导波长的奇数倍。
优选地，所述微带电路板和所述微带电路板槽之间设置有无铅焊料。
通过上述技术方案，本发明设计中，采用Ansoft HFSS电磁仿真环境对该微带-波导转换电路进行建模、仿真和优化设计，其三维模型如图3所示，仿真后的微带-波导转换电路的***损耗和回波损耗如图4所示。仿真结果表明，该微带-波导转换电路在28-40GHz的宽带范围内插损小于0.15dB，回波损耗小于-28dB。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是说明本发明的一种Ka波段微带波导转换电路的优选实施方式的微带电路板结构正面结构示意图；
图1’是说明本发明的一种Ka波段微带波导转换电路的优选实施方式的微带电路板结构反面结构示意图；
图2是说明本发明的一种Ka波段微带波导转换电路的优选实施方式的结构图；
图2’是说明本发明的一种Ka波段微带波导转换电路的优选实施方式的A-A’剖视面的结构图；以及
图3是说明本发明的一种Ka波段微带波导转换电路的优选实施方式的三维仿真模型结构图；
图4是说明本发明的一种Ka波段微带波导转换电路的优选实施方式三维仿真结果示意图。
附图标记说明
1 微带电路板 2 矩形波导腔
3 微带电路板槽 11 微带传输线
12 阻抗变换器 13 探针
14 接地孔 15 接地区域
16 介质基板 21 短路面
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指如图1所示的上下左右。“内、外”是指具体轮廓上的内与外。“远、近”是指相对于某个部件的远与近。
本发明提供一种Ka波段微带波导转换电路，该Ka波段微带波导转换电路包括：微带电路板1、矩形波导腔2和微带电路板槽3；其中，所述微带电路板1放置在所述微带电路板槽3内，并垂直于所述矩形波导腔2的波导口的宽边伸入矩形波导腔2；所述微带电路板1一端为输入端口，另一端伸入所述矩形波导腔2内。矩形波导腔和微带电路板槽是连在一起的，但是尺寸不同，用途不同。矩形波导腔为标准矩形波导口，微带电路板槽用于安装微带电路板，尺寸与微带电路板尺寸匹配。
本发明工作原理：该过渡结构基于波导E面探针13耦合，采用微带探针13实现微带线准TEM模到矩形波导主模TE10的转换，毫米波信号从50欧姆微带线一端输入，通过阻抗变换线和微带探针13进行模式转换，最后通过矩形波导输出。阻抗变换器12和探针13位于矩形波导E面中心上，不仅有阻抗变换的作用，而且使微带电路中的准TEM模信号很平滑地转换成矩形波导中的TE10模信号。
在本发明的一种具体实施方式中，为了实现微带电路板1功能的实现，所述微带电路板1包括：介质基板16以及设置在所述介质基板16上的微带传输线11、阻抗变换器12、探针13、接地孔14和接地区域15。
在该种实施方式中，所述介质基板16的型号为Rogers RT5880。
在上述实施方式中，介质基板16的相对介电常数为2.22，损耗角正切为0.009，厚度为0.5mil，通过计算可以得到50欧姆阻抗线线宽为W50＝0.38mm
在本发明的一种具体实施方式中，为使该过渡结构能工作于Ka频段，矩形波导的截止频率须低于工作频率，所述矩形波导腔2为型号为BJ320的矩形波导腔2。
在该种实施方式中，所述矩形波导腔2的长度为7.112mm；所述矩形波导腔2的宽度为3.556mm。其中，图2中a、b为矩形波导宽边和窄边，其主模TE10模的截止频率约为21.08GHz。
在本发明的一种具体实施方式中，所述微带电路板1伸入所述矩形波导腔2的部分与所述矩形波导腔2的短路面21之间的距离等于四分之一波导波长的奇数倍。
这样可以保证探针13在波导腔中处于电压最大，即电场最强的位置，以达到尽量高的耦合效率，减小传输损耗。
在本发明的一种具体实施方式中，所述微带电路板1和所述微带电路板槽3之间设置有无铅焊料。
通过调整以下参数：微带电路板1阻抗变换器12的长度L1和宽度W1、探针13的长度L2和宽度W2、微带电路板1到矩形波导腔2短路面21之间的距离d、微带电路板槽3的高度h，可使微带线与矩形波导之间的得到最佳匹配，从而实现微带线与矩形波导之间毫米波信号的低损耗、宽频带过渡。
微带-波导转换电路在高频结构三维仿真软件Ansoft HFSS中进行建模和仿真设计，通过准确的建模以及优化仿真，获得最优解，最终确定的参数为：
W50＝0.38mm；W1＝0.2mm；W2＝0.47mm；
L1＝0.5mm；L2＝1.8mm；d＝2.3mm；h＝0.8mm。
为了验证该设计理论，需要完成微带-波导转换电路的装配。按照图2的装配方法，用无铅焊料将制作好的微带电路板1烧焊在微带电路板槽3内。装配完成的微带-波导转换电路尺寸小于12mm*16mm*6mm，若集成到毫米波产品中，其尺寸可以更小。使用矢量网络分析仪进行测试，结果如下：在28GHz到40GHz的频率范围为内，带内回波损耗小于-25dB，***损耗小于0.4dB。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (7)
1.一种Ka波段微带波导转换电路，其特征在于，该Ka波段微带波导转换电路包括：微带电路板(1)、矩形波导腔(2)和微带电路板槽(3)；其中，所述微带电路板(1)放置在所述微带电路板槽(3)内，并垂直于所述矩形波导腔(2)的波导口的宽边伸入矩形波导腔(2)；所述微带电路板(1)一端为输入端口，另一端伸入所述矩形波导腔(2)内。
2.根据权利要求1所述的Ka波段微带波导转换电路，其特征在于，所述微带电路板(1)包括：介质基板(16)以及设置在所述介质基板(16)上的微带传输线(11)、阻抗变换器(12)、探针(13)、接地孔(14)和接地区域(15)。
3.根据权利要求2所述的Ka波段微带波导转换电路，其特征在于，所述介质基板(16)的型号为Rogers RT5880。
4.根据权利要求1所述的Ka波段微带波导转换电路，其特征在于，所述矩形波导腔(2)为型号为BJ320的矩形波导腔(2)。
5.根据权利要求1所述的Ka波段微带波导转换电路，其特征在于，所述矩形波导腔(2)的长度为7.112mm；所述矩形波导腔(2)的宽度为3.556mm。
6.根据权利要求1所述的Ka波段微带波导转换电路，其特征在于，所述微带电路板(1)伸入所述矩形波导腔(2)的部分与所述矩形波导腔(2)的短路面(21)之间的距离等于四分之一波导波长的奇数倍。
7.根据权利要求1所述的Ka波段微带波导转换电路，其特征在于，所述微带电路板(1)和所述微带电路板槽(3)之间设置有无铅焊料。
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