超宽带绝缘子式波导探针及其安装方法技术

本发明专利技术涉及一种超宽带绝缘子式波导探针，连接设置在矩形波导和微带线之间进行匹配转换，由探针针头、以及与该探针针头连接的探针针体组成多级阶梯结构；其中，探针针体包含：芯轴，直径小于探针针头的直径；中间匹配层，长度小于芯轴的长度，围绕设置在芯轴的外部，且位于芯轴的中间位置；外部匹配层，围绕设置在中间匹配层的外部。本发明专利技术还涉及一种超宽带绝缘子式波导探针的安装方法，在矩形波导上采用三级阶梯状安装孔，用于波导探针的烧结安装。本发明专利技术能实现电磁波从矩形波导传输媒介到微带线传输媒介的低插损转换，插损低，驻波小；并且使用方法得到有效简化，技术指标一致性非常高，气密性好，性能可靠，具有实际工程意义。

【技术实现步骤摘要】
超宽带绝缘子式波导探针及其安装方法
本专利技术涉及波导探针技术，具体是指一种超宽带绝缘子式波导探针及其安装方法，属于微波

技术介绍
在微波传输系统中有两种常见的传输媒介。一种是波导，很多微波和毫米波组件接口均采用波导，以及很多微波测试系统和传输系统也是采用波导接口。另一种是平面传输媒介，比较普遍使用的是微带传输线，其因具备体积小、重量轻、频带宽、可靠性高和制造成本低等优点，而在微波毫米波电路中被广泛应用。在工程应用中，如何实现电磁波在上述二者之间进行超低插损的匹配转换就显得尤为重要。如图1所示，为传统的微带板形式的波导探针，用于在波导和微带之间进行匹配转换。波导在传输方向上有两组尺寸，因此存在台阶，于是将该微带板形式的波导探针1的外形结构设计为台阶结构3，匹配安装在波导的台阶处，并在四周用双组分胶将其粘接在波导上，同时还在其另一面用南大703胶进行二次固定。该微带板形式的波导探针1的内部设置金丝4以及用于过渡的微带2。采用这种结构形式的波导探针具有明显的缺点，频带窄，反射损耗大，插损大，驻波差。中国专利201611055870.4《一种介质波导探针结构》，介绍了一种介质波导探针结构，采用介质探针进行微波信号的传输，其介质探针的厚度为波导腔内传输信号频率的四分之一波导波长，解决了现有玻璃探针在高冲击下，高低温快速变化及过高过低温度下容易断裂的问题。但是，该技术未实现低成本而高可靠性探针的设计，而且在设计方法时明确了介质厚度完全取决于信号的频率，因此该专利技术中所述的介质波导探针的信号带宽受到很大制约，低于本专利技术所能达到的范围。中国专利CN204577554U《矩形波导转换器》，在波导内部设计多级台阶状凹陷，该多级台阶状凹陷的高度丛波导的封闭一端到另一端依次降低，主要利用波导自身的结构变化实现阻抗匹配，直接导致成本增加。而且要设计介质板，使其两端分别抵接波导的内壁，具体使用时无疑增加了大量的装接工作。考虑到金属和介质装接在一起的可靠性太差，低于本专利技术所能达到的范围。中国专利CN201038291Y《宽带同轴-波导转接器》，同样也是通过改变波导的形状，波导在靠近短路端的高度大于波导开口端的高度，来达到阻抗匹配的效果。虽然避免了上述专利中多级台阶状凹陷设计带来的成本压力，但是又带了新的问题，小型化是微波毫米波电路的发展趋势，而且在实际设计中不一定能满足空间的扩充，因此也低于本专利技术所能达到的范围。西安电子工程研究所宋志东发表的论文《一种Ku波段波导-微带转换器的研制》，采用波导-脊波导-微带板的形式，实现了波导媒介与微带板媒介之间的匹配转换，脊波导与微带的连接采用硬压力接触，这就导致其性能与压力接触相关，所以其可靠性较差，低于本专利技术所能达到的范围。广州海格通信集团股份有限公司陈小忠发表的论文《Ku频段波导微带转换的设计与分析》，采用微带板作为探针，插入波导腔内耦合微波能量，这样结构或者微带板的加工精度对测试结果影响很大，指标一致性差，另一方面，振动条件下，悬空的微带板一端一定会发生微振，直接影响探针的性能，低于本专利技术所能达到的范围。上述提到的专利和论文均没有采用绝缘子作为波导与微带之间的转换方式。因此，本专利技术提出一种超宽带绝缘子式波导探针，有效解决现有技术中存在的缺点和限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超宽带绝缘子式波导探针及其安装方法，实现电磁波从矩形波导传输媒介到微带线传输媒介的低插损转换，插损低，驻波小；并且使用方法得到有效简化，技术指标一致性非常高，气密性好，性能可靠，具有实际工程意义。为实现上述目的，本专利技术提供一种超宽带绝缘子式波导探针，连接设置在矩形波导和微带线之间进行匹配转换，由探针针头、以及与该探针针头连接的探针针体组成多级阶梯结构；其中：所述的探针针头由第一导体制成；所述的探针针体包含：芯轴，由第一导体制成，其直径小于探针针头的直径，且一端与探针针头连接；中间匹配层，由第二导体制成，其长度小于芯轴的长度，围绕设置在芯轴的外部，且位于芯轴的中间位置；外部匹配层，由第一导体制成，其围绕设置在中间匹配层的外部。所述的波导探针满足特性阻抗变换关系：其中，Zin为波导探针的阻抗；Z01为矩形波导的阻抗；Z02为微带线的阻抗。根据所述的特性阻抗变换关系，对波导探针的以下尺寸及公差进行调整优化，包括：探针针头的直径D1，探针针头的长度L1；芯轴的直径D2，探针针头与中间匹配层之间的芯轴长度L2，中间匹配层与探针针体末端之间的芯轴长度L4；中间匹配层的直径D3，中间匹配层的长度L3；外部匹配层的直径D4。进一步，在所述的探针针头与芯轴连接侧的端部设置有环形缺口；并根据特性阻抗变换关系，确定该环形缺口的半径r。所述的波导探针通过烧结一体制成，其中第一导体和第二导体均采用玻璃粉与可伐合金制成。本专利技术还提供一种超宽带绝缘子式波导探针的安装方法，将波导探针连接设置在矩形波导和微带线之间进行匹配转换，包含以下步骤：S1、在矩形波导内开设具有侧面开口的波导腔，作为第三级安装孔；在矩形波导的侧壁上开设与波导腔连通的第二级安装孔、以及与第二级安装孔连通的第一级安装孔；三级安装孔呈阶梯状设置；S2、将波导探针的探针针头设置在矩形波导的波导腔内；S3、将设置有中间匹配层和外部匹配层的探针针体设置在第二级安装孔内，将中间匹配层与探针针体末端之间的芯轴穿过第一级安装孔伸出至矩形波导的外部，并与微带线连接。所述的S1中，波导腔的直径大于第二级安装孔的直径，且第二级安装孔的直径大于第一级安装孔的直径。所述的S2中，设置探针针头至矩形波导的侧面开口的平面处的距离为λ/4，其中，λ为真空波长。所述的S3中，在第二级安装孔与矩形波导的侧壁内壁面连接处设置有第一空气腔。所述的S3中，在第一级安装孔与矩形波导的侧壁外壁面连接处设置有第二空气腔。在所述的S3后，还包含：S4、将侧面封盖设置在波导腔的侧面开口处，并采用多颗沉头螺钉，将该侧面封盖紧固连接在矩形波导上。综上所述，本专利技术所提供的超宽带绝缘子式波导探针及其安装方法，可实现宽频带范围内矩形波导与微带线之间的良好阻抗匹配，技术指标优良，插损低，驻波小。相比于传统的微带板形式的波导探针，不仅使用方法得到有效简化，而且经过大量实验数据验证后，本专利技术的波导探针的技术指标一致性非常高，气密性好，性能可靠，具有实际工程意义。附图说明图1为现有技术中的传统微带板形式的波导探针的结构示意图；图2为本专利技术中的绝缘子式波导探针的结构示意图；图3为本专利技术中的超宽带绝缘子式波导探针的电路模型图；图4为本专利技术中的超宽带绝缘子式波导探针的安装方法的剖面图；图5为本专利技术中的超宽带绝缘子式波导探针的安装方法的俯视图；图6为本专利技术中的波导腔体的侧面封盖的结构示意图；图7为本专利技术中的超宽带绝缘子式波导探针的仿真特性示意图。具体实施方式以下结合图2～图7，详细说明本专利技术的一个优选实施例。如图3所示，为所述的波导探针的电路模型图，其基于射频软件CST建立。结合电磁波在矩形波导和微带线中的传输特点以及阻抗匹配原理，该波导探针须满足特性阻抗变换关系：其中，Zin为波导探针的阻抗；Z01为矩形波导的阻抗；Z02为微带线的阻抗。在本专利技术的一个优选实施例中，微带线的阻抗Z02取50Ω。而对于矩形波导，其等效特性阻抗为：上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超宽带绝缘子式波导探针，连接设置在矩形波导和微带线之间进行匹配转换，其特征在于，该波导探针由探针针头、以及与该探针针头连接的探针针体组成多级阶梯结构；其中：所述的探针针头由第一导体制成；所述的探针针体包含：芯轴，由第一导体制成，其直径小于探针针头的直径，且一端与探针针头连接；中间匹配层，由第二导体制成，其长度小于芯轴的长度，围绕设置在芯轴的外部，且位于芯轴的中间位置；外部匹配层，由第一导体制成，其围绕设置在中间匹配层的外部。

【技术特征摘要】
1.一种超宽带绝缘子式波导探针，连接设置在矩形波导和微带线之间进行匹配转换，其特征在于，该波导探针由探针针头、以及与该探针针头连接的探针针体组成多级阶梯结构；其中：所述的探针针头由第一导体制成；所述的探针针体包含：芯轴，由第一导体制成，其直径小于探针针头的直径，且一端与探针针头连接；中间匹配层，由第二导体制成，其长度小于芯轴的长度，围绕设置在芯轴的外部，且位于芯轴的中间位置；外部匹配层，由第一导体制成，其围绕设置在中间匹配层的外部。2.如权利要求1所述的超宽带绝缘子式波导探针，其特征在于，所述的波导探针满足特性阻抗变换关系：其中，Zin为波导探针的阻抗；Z01为矩形波导的阻抗；Z02为微带线的阻抗。3.如权利要求2所述的超宽带绝缘子式波导探针，其特征在于，根据所述的特性阻抗变换关系，对波导探针的以下尺寸及公差进行调整优化，包括：探针针头的直径D1，探针针头的长度L1；芯轴的直径D2，探针针头与中间匹配层之间的芯轴长度L2，中间匹配层与探针针体末端之间的芯轴长度L4；中间匹配层的直径D3，中间匹配层的长度L3；外部匹配层的直径D4。4.如权利要求1所述的超宽带绝缘子式波导探针，其特征在于，在所述的探针针头与芯轴连接侧的端部设置有环形缺口；并根据特性阻抗变换关系，确定该环形缺口的半径r。5.如权利要求1所述的超宽带绝缘子式波导探针，其特征在于，所述的波导探针通过烧结一体制成，其中第一导体和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俐聪，杨晓明，丁勇，董常琳，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31