一种用于雷达物位计的微带波导转换器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于雷达物位计的微带波导转换器，涉及微波技术领域，该转换器可以直接将微带信号转换为波导信号，采用插损更有优势的探针结构，可以改善微波信号从PCB到喇叭天线传输阶段的插损和驻波指标，从而提高物位计的灵敏度和探测范围，同时，全部采用螺钉安装，减少了装配难度，省去了在狭小空间内装配半钢同轴线缆的操作，提高了生产效率。

A Microstrip Waveguide Converter for Radar Level Meter

【技术实现步骤摘要】
一种用于雷达物位计的微带波导转换器
本技术涉及微波
，尤其是一种用于雷达物位计的微带波导转换器。
技术介绍
用于工业现场进行液位或料位高度测量的雷达物位计通常包括物位计本体、喇叭天线以及将物位计本体与喇叭天线连接起来的波导结构件。物位计本体内射频线路板上的微波信号通过微带线经转换后送到喇叭天线，通常这个转换使用安装在射频电路板上的微带-同轴转换器转换成同轴信号，再通过同轴线经同轴线另一端的同轴-波导转换器转换成波导信号，通过波导结构件传递到喇叭天线上。在这种结构中，信号从射频电路板到喇叭天线，需要经过微带-同轴以及同轴-波导两次转换，不可避免带来了插损和回波损耗问题，对于雷达物位计，尤其是以FMCW(调频连续波)模式工作的雷达物位计来说，信号较大的插损和较差的驻波直接影响测量距离和精度。同时，高频雷达物位计通常体积较小，微带-同轴转换器和同轴-波导转换器都位于物位计壳体内，生产时安装连接两个转换器的同轴线难度也较大。
技术实现思路
本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种用于雷达物位计的微带波导转换器，该转换器可以直接将微带信号转换为波导信号，采用插损更有优势的探针结构，使得插损和驻波性能明显改善。本技术的技术方案如下：一种用于雷达物位计的微带波导转换器，该微带波导转换器基于多层混压线路板，多层混压线路板上设置有微带线、耦合探针和接地过孔，接地过孔贯穿多层混压线路板，微带线和耦合探针位于多层混压线路板的顶层金属层；矩形波导通过螺钉紧压在多层混压线路板的底层金属层，微带线从矩形波导腔的宽边的中间位置伸入矩形波导腔内并变换为耦合探针实现耦合，位于矩形波导腔垂直投影内部部分的多层混压线路板除顶层金属层的耦合探针外，其余各层金属层均被挖空，除顶层金属层下方的介质层外其余各层介质层也被挖空；微带波导转换器的短路面结构件通过螺钉紧压在多层混压线路板的顶层上方。其进一步的技术方案为，微带线伸入矩形波导腔之前经过缩口结构，缩口结构的宽度为微带线的宽度的3倍。其进一步的技术方案为，矩形波导采用标准BJ220直波导，矩形波导腔的长度为10.668mm，宽度为4.318mm。其进一步的技术方案为，耦合探针伸入矩形波导腔1.65mm。其进一步的技术方案为，微带线的表面到短路面结构件的垂直距离为工作波长的四分之一。其进一步的技术方案为，多层混压线路板采用四层混压线路板结构，四层混压线路板结构依次包括第一介质层、第二介质层和第三介质层，第一介质层的上方为顶层金属层，第三介质层的下方为底层金属层，第一介质层与第二介质层之间以及第二介质层与第三介质层之间分别为两层中间金属层；第一介质层采用ROGERSRO4350B，其他介质层采用FR4材质。其进一步的技术方案为，第一介质层的厚度为0.254mm，介电常数为3.66，四层混压线路板的全板厚度为1.6mm，各层金属层的厚度均为1盎司铜厚。本技术的有益技术效果是：本申请公开了一种用于雷达物位计的微带波导转换器，该转换器可以直接将微带信号转换为波导信号，采用插损更有优势的探针结构，可以改善微波信号从PCB到喇叭天线传输阶段的插损和驻波指标，从而提高物位计的灵敏度和探测范围。同时，全部采用螺钉安装，减少了装配难度，省去了在狭小空间内装配半钢同轴线缆的操作，提高了生产效率。附图说明图1是多层混压线路板的层叠剖视结构示意图。图2是微带波导转换器的正面结构示意图。图3是微带波导转换器的背面结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术的具体实施方式做进一步说明。本申请公开了一种用于雷达物位计的微带波导转换器，该微带波导转换器基于多层混压线路板，多层混压线路板上设置有微带线、耦合探针和接地过孔，接地过孔贯穿多层混压线路板，微带线和耦合探针位于多层混压线路板的顶层金属层。矩形波导通过螺钉紧压在多层混压线路板的底层金属层，微带线从矩形波导腔的宽边的中间位置伸入矩形波导腔内并变换为耦合探针实现耦合，位于矩形波导腔垂直投影内部部分的多层混压线路板除顶层金属层的耦合探针外，其余各层金属层均被挖空，除顶层金属层下方的介质层外其余各层介质层也被挖空。如同本微带波导转换器的电路是多层混压线路板的一部分，微带波导转换器的短路面结构件也是多层混压线路板的一部分，其通过螺钉紧压在多层混压线路板的顶层上方，且微带线的表面到短路面结构件的垂直距离为工作波长的四分之一。本申请尤其是用于24GHz的FMCW式雷达物位计，因此本申请的微带波导转换器的工作频段为23GHz～26GHz，中心频率为24.5GHz。本申请以如下实施例详细说明结构：采用四层混压线路板结构，层叠剖视结构示意图请参考图1，四层混压线路板结构依次包括第一介质层11、第二介质层12和第三介质层13，第一介质层的上方为顶层金属层14，第三介质层13的下方为底层金属层15，第一介质层11与第二介质层12之间以及第二介质层12与第三介质层13之间分别为两层中间金属层16。本申请中的各个金属层通常为铜箔层，参考层为顶层金属层14的下一层金属层，顶层金属层14的参考层为连续的铜箔平面。第一介质层11采用ROGERSRO4350B，其他介质层12和13采用FR4材质。第一介质层11的厚度为0.254mm，介电常数为3.66，四层混压线路板的全板厚度为1.6mm，四层金属层的厚度均为1盎司铜厚。层叠结构不同时，数值可以不同。如图2示出了微带波导转换器的正面结构图，微带线21的宽度为0.52mm，微带线21的宽度仅为示例。微带线21的末端变换为耦合探针22，耦合探针22的顶部从微带线21过渡到圆形或矩形等形状，实现方式不唯一，本申请不做限定，图2以圆形为例，且圆形半径为0.4mm。矩形波导装配在微带线21和耦合探针22的另一侧，本申请采用标准BJ220直波导，矩形波导腔23的尺寸按照标准BJ220直波导尺寸设计，其实际的长度为10.668mm、宽度为4.318mm。为了抑制高次模，微带线21伸入矩形波导腔23之前经过缩口结构24，缩口结构24的宽度为微带线21的宽度的3倍，该实施例中缩口结构24的长度为6mm。微带线21经过缩口结构24后从矩形波导腔23的宽边中间位置伸入腔内，耦合探针22部分伸入矩形波导腔23中1.65mm。图3示出了微带波导转换器的背面结构图，可以看出在矩形波导腔23内从底层金属层向上的所有FR4介质层都被挖空成为空槽，空槽的尺寸为10.27mm*3.92mm，四个角的倒角半径为1mm，相较于波导腔金属部分挖空的尺寸小。本技术的工作原理是：微带线插入矩形波导腔体，形成探针激励，TE10模是矩形波导总的基模，微带线上的准TEM模向波导入射将激励起矩形波导的TE10模，反之同理，当选择矩形波导的工作频率和尺寸使得其中只有TE10模，而耦合探针从波导宽边中心插入，置于TE10模电场最大位置处，可以使其与矩形波导的TE10模耦合最紧。因此本申请中微带-波导直接转换明显改善了回波损耗和插损，回波损耗从原来的-15dB提高到-20dB，插损从2dB减少到0.5dB以下，从而可以提高雷达物位计的灵敏度和探测范围。同时全部采用螺钉安装，与雷达物位计的外壳也可以采用法兰盘结构，减少了装配难度，省去了在狭小空间内装配半钢同轴线缆的操作，提高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于雷达物位计的微带波导转换器，其特征在于，所述微带波导转换器基于多层混压线路板，所述多层混压线路板上设置有微带线、耦合探针和接地过孔，所述接地过孔贯穿所述多层混压线路板，所述微带线和所述耦合探针位于所述多层混压线路板的顶层金属层；矩形波导通过螺钉紧压在所述多层混压线路板的底层金属层，所述微带线从矩形波导腔的宽边的中间位置伸入所述矩形波导腔内并变换为所述耦合探针实现耦合，位于所述矩形波导腔垂直投影内部部分的多层混压线路板除所述顶层金属层的所述耦合探针外，其余各层金属层均被挖空，除所述顶层金属层下方的介质层外其余各层介质层也被挖空；所述微带波导转换器的短路面结构件通过螺钉紧压在所述多层混压线路板的顶层上方。

【技术特征摘要】
1.一种用于雷达物位计的微带波导转换器，其特征在于，所述微带波导转换器基于多层混压线路板，所述多层混压线路板上设置有微带线、耦合探针和接地过孔，所述接地过孔贯穿所述多层混压线路板，所述微带线和所述耦合探针位于所述多层混压线路板的顶层金属层；矩形波导通过螺钉紧压在所述多层混压线路板的底层金属层，所述微带线从矩形波导腔的宽边的中间位置伸入所述矩形波导腔内并变换为所述耦合探针实现耦合，位于所述矩形波导腔垂直投影内部部分的多层混压线路板除所述顶层金属层的所述耦合探针外，其余各层金属层均被挖空，除所述顶层金属层下方的介质层外其余各层介质层也被挖空；所述微带波导转换器的短路面结构件通过螺钉紧压在所述多层混压线路板的顶层上方。2.根据权利要求1所述的微带波导转换器，其特征在于，所述微带线伸入所述矩形波导腔之前经过缩口结构，所述缩口结构的宽度为所述微带线的宽度的3倍。3.根据权利要求1所述的微带波导转换器，其特征在于，所述矩形波导采用标准BJ220直波导，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳文汇，
申请(专利权)人：智驰华芯无锡传感科技有限公司，无锡智行华芯高科技投资合伙企业有限合伙，
类型：新型
国别省市：江苏,32