基於磁耦合原理的矩形波導與微帶過渡轉換電路的製作方法

2023-07-05 19:25:56

專利名稱：基於磁耦合原理的矩形波導與微帶過渡轉換電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及矩形波導與微帶的過渡轉換電路，具體地說，是涉及一種基於磁 耦合原理的矩形波導與微帶過渡轉換電路。
背景技術：
矩形波導和微帶線是微波毫米波頻段的重要傳輸媒介。目前，工程應用中所採用 的矩形波導與微帶線之間的過渡轉換電路，按照矩形波導接口端面和微帶基片面的相對 位置關係的不同，可供選擇的電路形式主要有矩形波導-對極鰭線-微帶過渡、矩形波 導_脊波導_微帶過渡、矩形波導_微帶探針過渡以及矩形波導_同軸探針_微帶過渡等 典型結構。所有報導的這些過渡轉換電路，在完成矩形波導和微帶線兩者主模之間電磁場 模式轉換、實現電磁信號在這兩種不同傳輸媒介之間的傳輸時，都是基於矩形波導內電場 激勵的方式來實現。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種與現有技術方案完全不同的矩形波導與微帶過 渡轉換電路，基於磁耦合原理來實現電磁信號在矩形波導與微帶線之間的傳輸，而且具有 插入損耗小、駐波特性好、頻帶寬的特點。為了實現上述目的，本實用新型採用的技術方案如下基於磁耦合原理的矩形波導與微帶過渡轉換電路，其特徵在於，包括順序連接的 微帶線、偏心同軸線和耦合環，在耦合環的終端連接有接地結構。所述耦合環側邊還設有獨立金屬條帶。所述微帶線、偏心同軸線、接地結構、耦合環和獨立金屬條帶設置於同一片介質基 片上，且接地結構設置於介質基片的邊緣。所述介質基片外設置有矩形波導，介質基片上含有耦合環和獨立金屬條帶的部分 設置於矩形波導寬邊中心E面內，其餘部分位於矩形波導外。所述耦合環、獨立金屬條帶、偏心同軸線、微帶線四者的金屬厚度相同。所述耦合環的形狀為任意形狀，如半圓形、扇形、三角形、矩形等。所述偏心同軸線由階梯突變所形成的兩段金屬導帶組成。本實用新型的實現原理為將耦合環設置於矩形波導主模TE1(I模的磁場最強處， 並且該耦合環的環面與矩形波導主模TE1(I模的磁力線相互垂直，當介質基片上的微帶線端 口處連接上微波振蕩源後，其上的高頻感應電流將從耦合環的導帶上流過，此時，將會在矩 形波導中產生交變磁場，其磁力線為穿過耦合環的小環面、平行於矩形波導寬壁、相切於窄 壁的一個個閉合線，而由此交變磁場所產生的交變電場則與磁場交鏈垂直，落在矩形波導 寬邊上下壁表面上，其電磁場分布與矩形波導的主模TE1(I模相同。此外，獨立金屬條帶的設置可以進一步改善過渡轉換電路埠的駐波特性。與現有技術相比，本實用新型提出的基於磁耦合原理的矩形波導-微帶過渡轉換電路，不僅原理上有很大的區別，結構上也完全不同於現有技術。經過測試，本實用新型所 提的過渡轉換電路，在27 406Hz的頻率範圍內，其插入損耗小於0. 6dB,回波損耗優於 13. 5dB。由此可知，本實用新型已經很好地實現了電磁信號在矩形波導與微帶線之間的傳 輸，從而為微波毫米波頻段的矩形波導與微帶線之間過渡轉換的工程設計提供了一種全新 的選擇方案。本實用新型設計巧妙，結構緊湊，免調試，而且性能穩定，主要用於微波毫米波頻 段的電磁信號傳輸領域，特別是用于波導-微帶之間的過渡、傳輸領域。

圖1為本實用新型的電路原理圖。圖2為本實用新型-實施例中上腔體的立體結構示意圖。圖3為本實用新型-實施例中含有一對背靠背過渡轉換電路的介質基片的示意 圖。圖4為本實用新型-實施例中下腔體與介質基片組裝後的俯視圖。圖5為本實用新型-實施例中在Ka波段的仿真結果示意圖。圖6為本實用新型-實施例中樣品在Ka波段的實測結果示意圖。附圖中標號對應名稱1_微帶線，2-偏心同軸線，3-接地結構，4-耦合環，5-獨立 金屬條帶，6-介質基片，7-突出部分，8-矩形空腔，9-條形通道，10-螺釘孔。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型所述的基於磁耦合原理的矩形波導與微帶過渡轉換電路 由設置於同一片介質基片上的微帶線1、偏心同軸線2、接地結構3、耦合環4和獨立金屬條 帶5組成，其中，微帶線1、偏心同軸線2、耦合環4順序連接，接地結構3設置於耦合環4的 終端，且位於介質基片6的邊緣。獨立金屬條帶5位於耦合環4的側邊。實施例
以下結合附圖與具體實例對本實用新型的使用方式和性能作詳細說明。為測試方便，首先將如圖3所示的兩個完全相同的本實用新型所述的轉換電路對 稱地設置於同一介質基片6上，並將兩個轉換電路中的微帶線1連接，使兩個轉換電路連 通。然後準備一個上腔體和一個下腔體，上腔體與下腔體的外部形狀大小完全相同。所述 上腔體包括一個矩形空腔8，以及設置於矩形空腔8兩端並與其連通的條形通道9，該條形 通道9的寬和深均為標準矩形波導寬邊尺寸，在條形通道9的兩內側面上分別設有一個突 出部分7，以構成偏心同軸線2的外導體內尺寸；所述下腔體內部結構與上腔體基本相同， 也由一個矩形空腔8和設置於矩形空腔8兩端並與其連通的條形通道9組成，在上腔體的 條形通道9兩內側面也分別設有一個突出部分7，但是下腔體上同一條形通道9上的兩個突 出部分7之間的距離至少比上腔體上同一條形通道9上兩個突出部分7之間的距離大5mm。 所述上腔體內的突出部分7和下腔體內的突出部分7均設置於相應條形通道9與矩形空腔 8的連接處。上腔體的結構示意圖如圖2所示。將設有兩個轉換電路的前述介質基片安裝於下腔體上，如圖4所示，其中，耦合環 4為半圓形，含有耦合環4和獨立金屬條帶5的部分介質基片設置於下腔體兩端的條形通道9內，然後將上腔體與下腔體對齊組裝，此時，上腔體上的條形通道9與下腔體上的同側的 條形通道9合併成矩形波導，而介質基片含有耦合環4和獨立金屬條帶5的兩端分別位於 一個矩形波導內。上下腔體上分別設有若干螺釘孔10，通過螺釘即可將上下腔體組裝固定， 形成一個整體，耦合環4終端的接地結構3與矩形波導內的突出部分7連接，並利用矩形波 導實現整個轉換電路的直流接地。信號通過矩形波導進入介質基片6上的耦合環4，在耦合 環內產生磁場，並由磁信號轉換成電信號，通過偏心同軸線2傳輸到微帶線1，最終實現矩 形波導與微帶線1兩者主模之間電磁場的模式過渡轉換，完成電磁信號在矩形波導_微帶 線之間的傳輸。為保證磁場耦合的正常進行及耦合效果，微帶線1、偏心同軸線2、耦合環4、獨立 金屬條帶5四者的金屬厚度應完全相同，位於矩形波導內的介質基片6部分的背面應不設 置金屬層。獨立金屬條帶5 —般為矩形條，可以進一步改善過渡轉換電路埠的駐波特性。下面根據上述理論，先在計算機上進行仿真設計，然後再利用仿真設計的結構尺 寸加工實物樣品，最後對樣品的性能進行測試。模擬計算的軟體使用CST微波仿真軟體，介質基片採用Rogers公司的DuriOd5880 介質基片，其相對介電常數為2. 22，基片介質厚度為0. 254mm,兩面敷銅層的金屬厚度為 0. 017mm ；微帶線採用20毫米長的Ka波段50歐姆標準微帶線，其金屬導帶寬度為0. 76mm ； 偏心同軸線採用由階梯突變所形成的兩段不同尺寸的金屬導帶組成，矩形波導採用BJ-320 尺寸。在26. 5 40GHz頻率範圍內對上述實施例進行模擬仿真，模擬仿真結果如圖5所 示，由圖5所示的回波損耗曲線Sn和插入損耗曲線S21可知，回波損耗優於13. 5dB，插入損 耗小於1.2dB。由於上述實施例中採用了兩個完全相同的轉換電路，則每一個轉換電路在 完成電磁信號在矩形波導_微帶線之間的過渡轉換時回波損耗優於13. 5dB，插入損耗小於 0. 6dB。此模擬結果表明本實用新型已經很好地實現了電磁信號在矩形波導_微帶之間的 過渡轉換及傳輸。採用Agilent公司生產的型號為E8363B的矢量網絡分析儀進行上述實 施例的樣品測試，其性能測試示意圖如圖6。圖中顯示的回波損耗曲線Sn和插入損耗曲線 S21與模擬仿真的結果很相近，由此也印證了仿真結果，證明本實用新型不僅可行，而且實施 效果已經達到甚至超過現有技術。因此，本實用新型不僅是微波毫米波頻段的矩形波導與 微帶線之間過渡轉換的工程設計中一種全新的選擇方案，而且結構緊湊，性能穩定，具有很 高的利用價值。
權利要求基於磁耦合原理的矩形波導與微帶過渡轉換電路，其特徵在於，包括順序連接的微帶線(1)、偏心同軸線(2)和耦合環(4)，在耦合環的終端連接有接地結構(3)。
2.根據權利要求1所述的基於磁耦合原理的矩形波導與微帶過渡轉換電路，其特徵在 於，所述耦合環(4)側邊還設有獨立金屬條帶(5)。
3.根據權利要求2所述的基於磁耦合原理的矩形波導與微帶過渡轉換電路，其特徵在 於，所述微帶線(1)、偏心同軸線(2)、接地結構(3)、耦合環(4)和獨立金屬條帶(5)設置於 同一片介質基片(6)上。
4.根據權利要求3所述的基於磁耦合原理的矩形波導與微帶過渡轉換電路，其特徵在 於，所述接地結構(3)設置於介質基片(6)的邊緣。
5.根據權利要求3所述的基於磁耦合原理的矩形波導與微帶過渡轉換電路，其特徵在 於，所述介質基片(6)外設置有矩形波導，介質基片(6)上含有耦合環(4)和獨立金屬條帶 (5)的部分設置於矩形波導寬邊中心E面內，其餘部分位於矩形波導外。
6.根據權利要求2或5所述的基於磁耦合原理的矩形波導與微帶過渡轉換電路，其特 徵在於，所述獨立金屬條帶(5)的厚度與微帶線(1)的厚度相同。
7.根據權利要求1或5所述的基於磁耦合原理的矩形波導與微帶過渡轉換電路，其特 徵在於，所述偏心同軸線(2)的內導體厚度與微帶線(1)的厚度相同。
8.根據權利要求1或5所述的基於磁耦合原理的矩形波導與微帶過渡轉換電路，其特 徵在於，所述耦合環(4)的厚度與微帶線(1)的厚度相同。
9.根據權利要求1或5所述的基於磁耦合原理的矩形波導與微帶過渡轉換電路，其特 徵在於，所述耦合環(4)的形狀為半圓形/扇形/三角形/矩形。
10.根據權利要求1或5所述的基於磁耦合原理的矩形波導與微帶過渡轉換電路，其特 徵在於，所述偏心同軸線(2)由階梯突變所形成的兩段金屬導帶組成。
專利摘要本實用新型公開了一種基於磁耦合原理的矩形波導與微帶過渡轉換電路，屬於微波毫米波在波導-微帶之間過渡轉換技術。該過渡轉換電路包括順序連接的微帶線、偏心同軸線和耦合環，在耦合環的終端連接有接地結構，耦合環的側邊設置有獨立金屬條帶。本實用新型基於磁耦合原理，實現了矩形波導與微帶線兩者主模之間電磁場的模式過渡轉換，完成矩形波導與微帶線之間電磁信號的傳輸，具有設計巧妙、結構緊湊、性能穩定、插入損耗小、駐波特性好的特點。
文檔編號H01P1/16GK201655932SQ20102000411
公開日2010年11月24日 申請日期2010年1月7日 優先權日2010年1月7日
發明者喻夢霞, 徐軍, 李桂萍, 王茂琰, 董宇亮, 蒲大雁 申請人:電子科技大學