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CN102509833A - 一种基片集成波导到同轴波导的转换装置 - Google Patents

一种基片集成波导到同轴波导的转换装置 Download PDF

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Abstract

一种基片集成波导到同轴波导的转换装置，属于微波毫米波器件技术领域。包括一个基片集成波导接头和一个同轴波导接头；基片集成波导接头所在的基片集成波导的一端开有一排连接两面金属层的短路通孔，靠近短路通孔一端的介质基板的上金属层开有圆形窗口；圆形窗口的大小与同轴波导外导体直径相当，圆心位于基片集成波导的中轴线上；圆形窗口露出的圆形介质基板中心开有矩形凹槽；同轴波导接头的内导体前端加工成薄片探针并插入矩形凹槽中；同轴波导接头的外导体与介质基板的上金属层接触并固定。本发明实现了基片集成波导到同轴波导的低反射和低损耗的相互转换，具有尺寸小、装卸简便、可重复利用的特点，便于对基片集成波导器件和系统的测试和运用。

Description

一种基片集成波导到同轴波导的转换装置
技术领域
本发明属于微波毫米波器件技术领域，涉及一种波导结构之间的连接转换装置，具体涉及一种基片集成波导与同轴线波导的转换装置。
背景技术
基片集成波导(siw)是一种新型的波导结构，它源于矩形波导和微带线，具有低成本、低损耗、高Q值和可高密度集成微波毫米波电路及其子系统的优点。基片集成波导技术发展迅猛，其产品有基片集成波导滤波器、基片集成波导定向耦合器、基片集成波导环行器、基片集成波导-微带线转接器等无源器件。基片集成波导已逐渐成为微波传输线及器件的一个重要发展方向。在微波毫米波系统中，经常会大量的使用到这些基于基片集成波导做成的器件，特别是在一些有关基片集成波导结构的测试系统中，测试设备通常是同轴线结构，这必然要遇到基片集成波导到同轴线波导的转换问题。现有的基片集成波导到同轴的转换都是通过基片集成波导-微带线-同轴压线这样过渡，微带线的加入不仅造成小型化的阻力，而且浪费资源和增大插入损耗，因此，基片集成波导到同轴线波导的直接转换有重要的研究意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基片集成波导到同轴波导的转换装置，以实现基片集成波导与同轴波导的低反射和低损耗的相互转换。
本发明技术方案如下：
一种基片集成波导到同轴波导的转换装置，如图1至3所示，包括一个基片集成波导接头1和一个同轴波导接头2。其中，所述基片集成波导接头1包括一段基片集成波导；所述基片集成波导由两面覆盖金属层的矩形介质基板3沿两个长边沿开出两排连接介质基板3两面金属层的金属化通孔4形成，在基片集成波导的一端开有一排连接介质基板3两面金属层的金属化短路通孔7，在靠近金属化短路通孔7一端的介质基板3的上金属层开有一个圆形窗口6；所述圆形窗口6的大小与同轴波导外导体直径相当，所述圆形窗口6的圆心位于所述基片集成波导的中轴线上。所述圆形窗口6露出的圆形介质基板中心处开有一个垂直于所述基片集成波导的中轴线的矩形凹槽5。所述同轴波导接头2的同轴线内导体前端加工成薄片探针8并插入所述矩形凹槽5中；所述同轴波导接头2的同轴线外导体与所述介质基板3的上金属层接触并固定。
上述技术方案中，所述矩形凹槽5和薄片探针8的截面形状最好保持一致，且二者的中心位置距离金属化短路通孔7为1/4λ(λ为中心频率的波长)；所述同轴波导接头2的同轴线外导体与所述介质基板3的上金属层接触并固定的方式可采用导电胶粘接或焊接的方式；所述相邻金属化短路通孔7之间的孔间距P远远小于中心频率的波长λ，以保证所有金属化短路通孔7形成基片集成波导的一个短路电壁；同理，所述相邻金属化通孔4之间的孔间距P远远小于中心频率的波长λ，以保证所有金属化通孔4形成基片集成波导的两个电壁。
本发明提供的基片集成波导到同轴波导的转换装置，与现有技术相比，以X波段为例，其优点如下：
(1)在X波段内回波损耗优于20dB，25dB的绝对带宽超过3G，30dB的绝对带宽超过2.5G，插入损耗低于0.15dB，能够实现高性能的超宽频带，如具体实施方案所述。
(2)实现了基片集成波导与同轴波导之间的低反射、低损耗转换。
(3)器件尺寸比较小，且装卸简便，可重复利用，便于对基片集成波导器件和系统的测试和运用。
附图说明
图1为本发明提供的基片集成波导到同轴波导的转换装置的结构示意图。
图2为本发明提供的基片集成波导到同轴波导的转换装置中，基片集成波导接头1的纵向半剖面结构示意图。
图3为本发明提供的基片集成波导到同轴波导的转换装置中，基片集成波导接头1的平面结构示意图。
图4为本发明提供的基片集成波导到同轴波导的转换装置中，同轴波导接头2的结构示意图。
图5为本发明提供的基片集成波导到同轴波导的转换装置具体实施例1的Ansoft/hfss12的仿真结果图。
图6为本发明提供的基片集成波导到同轴波导的转换装置具体实施例2的Ansoft/hfss12的仿真结果图。
图7为本发明提供的基片集成波导到同轴波导的转换装置具体实施例3的Ansoft/hfss12的仿真结果图。
图8为本发明提供的基片集成波导到同轴波导的转换装置具体实施例4的Ansoft/hfss12的仿真结果图。
具体实施方式
具体实施例1
结合图1和图3，以X波段为例，基片集成波导接头1的介质基板3的厚度为3mm，两排金属化通孔4的孔径为0.4mm，每排金属化通孔4的相邻孔间距为1.9mm，两排金属化通孔4之间的距离为22mm，介质基板3的宽边为24mm，矩形凹槽5的尺寸为1.6mm×0.1mm，深度为2.9mm；金属短路孔7孔径为0.4mm，孔间距为2mm，圆形窗口6的直径为7mm。同轴波导接头2的同轴线内导体前端的薄片探针8的截面尺寸为1.6mm×0.1mm，探针长为2.9mm。同轴波导接头2的同轴线为50Ω标准同轴线，内导体直径为3.04mm，外导体直径为7mm。介质基板3的介电常数为2.2，损耗角正切为0.002。将同轴波导接头2的薄片探针8插入矩形凹槽5中，用导电胶将同轴波导接头2的外导体与圆形窗口6的边缘黏紧。通过实现了有限元方法的、名为“Ansoft/HFSS12”的仿真软件，对本实施例进行3D电磁仿真，仿真结果如图4。
回波损耗在8.2G～12.05G内优于20dB，8.7G～11.8G内优于25dB，带宽达到3.1G，9.1G～11.6G内优于30dB，带宽达到2.5G，插入损耗在8G～12G内都低于0.14dB，实现了高性能的宽频带。
具体实施例2
结合图2和图3，以X波段为例，基片集成波导接头1的介质基板3的厚度为3mm，两排金属化通孔4的孔径为0.5mm，每排金属化通孔4的相邻孔间距为1.9mm，两排金属化通孔4之间的距离为22mm，介质基板3的宽边为23.56mm，矩形凹槽5的尺寸为1.6mm×0.1mm，深度为2.9mm；金属短路孔7孔径为0.5mm，孔间距为2mm，圆形窗口6的直径为7mm。同轴波导接头2的同轴线内导体前端的薄片探针8的截面尺寸为1.6mm×0.1mm，探针长为2.9mm。同轴波导接头2的同轴线为50Ω标准同轴线，内导体直径为3.04mm，外导体直径为7mm。介质基板3的介电常数为2.2，损耗角正切为0.002。将同轴波导接头2的薄片探针8插入矩形凹槽5中，用导电胶将同轴波导接头2的外导体与圆形窗口6的边缘黏紧。通过实现了有限元方法的、名为“Ansoft/HFSS12”的仿真软件，对本实施例进行3D电磁仿真，仿真结果如图5所示。
回波损耗在8.1G～12.1G内优于20dB，8.6G～11.86G内优于25dB，带宽达到3.26G，8.95G～11.68G内优于30dB，带宽达到2.73G，插入损耗8G～12G内都低于0.12dB，实现了高性能的超宽频带。
具体实施例3
结合图1和图3，以X波段为例，基片集成波导接头1的介质基板3的厚度为3mm，两排金属化通孔4的孔径为0.6mm，每排金属化通孔4的相邻孔间距为1.5mm，两排金属化通孔4之间的距离为22mm，介质基板3的宽边为23.56mm，矩形凹槽5的尺寸为1.5mm×0.1mm，深度为2.9mm，金属短路孔7孔径为0.6mm，孔间距为1mm，圆形窗口6的直径为7mm。同轴波导接头2的同轴线内导体前端的薄片探针8的截面尺寸为1.5mm×0.1mm，探针长为2.9mm。同轴波导接头2的同轴线为50Ω标准同轴线，内导体直径为3.04mm，外导体直径为7mm。介质基板3的介电常数为2.2，损耗角正切为0.002。将同轴波导接头2的薄片探针8插入矩形凹槽5中，用导电胶将同轴波导接头2的外导体与圆形窗口6的边缘黏紧。通过实现了有限元方法的、名为“Ansoft/HFSS12”的仿真软件，对实施例进行3D电磁仿真，仿真结果如图6所示。
回波损耗在8.24G～12.3G内优于20dB，8.74G～12.06G内优于25dB，带宽达到3.32G，9.07G～11.9G内优于30dB，带宽达到2.83G，插入损耗在整个X波段内低于0.14dB，实现了高性能的超宽频带。
具体实施例4
结合图1和图3，以X波段为例，基片集成波导接头1的介质基板3的厚度为3mm，两排金属化通孔4的孔径为0.4mm，每排金属化通孔4的相邻孔间距为1.9mm，两排金属化通孔4之间的距离为22mm，介质基板3的宽边为24mm，矩形凹槽5的尺寸为1.7mm×0.1mm，深度为2.9mm，金属短路孔7孔径为0.4mm，孔间距为1mm，圆形窗口6的直径为7mm。同轴波导接头2的同轴线内导体前端的薄片探针8的截面尺寸为1.7mm×0.1mm，探针长为2.9mm。同轴波导接头2的同轴线为50Ω标准同轴线，内导体直径为3.04mm，外导体直径为7mm。介质基板3的介电常数为2.2，损耗角正切为0.002。将同轴波导接头2的薄片探针8插入矩形凹槽5中，用导电胶将同轴波导接头2的外导体与圆形窗口6的边缘黏紧。通过实现了有限元方法的、名为“Ansoft/HFSS12”的仿真软件，对实施例进行3D电磁仿真，仿真结果如图7所示。
回波损耗在8.03G～12.03G内优于20dB，8.56G～11.76G内优于25dB，带宽达到3.2G，8.93G～11.58G内优于30dB，带宽达到2.65G，插入损耗在8G～12G内都低于0.12dB，实现了高性能的超宽频带。

Claims (4)

1.一种基片集成波导到同轴波导的转换装置，包括一个基片集成波导接头(1)和一个同轴波导接头(2)；其特征在于：所述基片集成波导接头(1)包括一段基片集成波导；所述基片集成波导由两面覆盖金属层的矩形介质基板(3)沿两个长边沿开出两排连接介质基板(3)两面金属层的金属化通孔(4)形成，在基片集成波导的一端开有一排连接介质基板(3)两面金属层的金属化短路通孔(7)，在靠近金属化短路通孔(7)一端的介质基板(3)的上金属层开有一个圆形窗口(6)；所述圆形窗口(6)的大小与同轴波导外导体直径相当，所述圆形窗口(6)的圆心位于所述基片集成波导的中轴线上；所述圆形窗口(6)露出的圆形介质基板中心处开有一个垂直于所述基片集成波导的中轴线的矩形凹槽(5)；所述同轴波导接头(2)的同轴线内导体前端加工成薄片探针(8)并插入所述矩形凹槽(5)中；所述同轴波导接头(2)的同轴线外导体与所述介质基板(3)的上金属层接触并固定。
2.根据权利要求1所述的基片集成波导到同轴波导的转换装置，其特征在于，所述矩形凹槽(5)和薄片探针(8)的截面形状一致，且二者的中心位置距离金属化短路通孔(7)为1/4λ，其中λ为中心频率的波长。
3.根据权利要求1所述的基片集成波导到同轴波导的转换装置，其特征在于，所述同轴波导接头(2)的同轴线外导体与所述介质基板(3)的上金属层接触并固定的方式为导电胶粘接或焊接的方式。
4.根据权利要求1所述的基片集成波导到同轴波导的转换装置，其特征在于，所述相邻金属化短路通孔(7)之间的孔间距P远远小于中心频率的波长λ，以保证所有金属化短路通孔(7)形成基片集成波导的一个短路电壁。
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