一种基于宽导带的直通式波导微带过渡结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于宽导带的直通式波导微带过渡结构，包括波导，覆盖有宽导带的介质基片和微带线。波导由标准波导、减高波导、减高减宽波导、减宽波导、约束腔、微带屏蔽腔由左往右紧贴级联而成，介质基片位于减宽波导下壁上，并与下壁紧密贴合，上方紧密覆盖宽导带。利用减高波导和减高减宽波导促使电场集中在宽导带与减高波导、减高减宽波导的下壁之间，逐渐把电场集中到微带线介质内，利用减高减宽波导和减宽波导抑制微带线端口可能出现的高次模，最后形成实现直通式、无隔直问题、无谐振、低反射、低损耗的波导微带过渡结构。同时本发明专利技术结构紧凑，体积小，易加工，适合在微波集成电路中推广应用。路中推广应用。路中推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于宽导带的直通式波导微带过渡结构


[0001]本专利技术属于微波毫米传输
，涉及一种直通式的波导微带过渡结构。

技术介绍

[0002]随着现代微波毫米波电路系统的迅猛发展，系统对各个部件提出了更复杂的功能需求和更高的电性能指标。在较早的微波毫米波电路系统中，大部分传输线和无源电路结构都是基于金属波导做成的。其中矩形波导在0.3～300GHz的微波频段以及毫米波的雷达、电子信息对抗、微波遥感还有通信中得到了非常广泛地应用，该结构导体损耗小、功率容量大、没有辐射损耗、Q值高、结构简单、方便大批量生产，但是加工和调试都较为复杂；因此为了适应现代微波毫米波电路系统提出的小型化、集成化的需求，再加上毫米波
的不断突破，出现了平面集成传输线，而其中微带线结构得到了较高的关注和广泛的研究。相比于金属波导传输线，微带线具有体积小、易加工、成本低和易集成的优点。
[0003]基于微带线的种种优点，在毫米波领域中，微带线正逐渐取代传统金属波导，开始作为毫米波集成电路中的主要传输线出现。在现在的微波单片集成电路中，往往采用微带线来连接各个微波单片集成电路，但是在毫米波的测试系统中，矩形波导式的接口依旧占据主流。为了方便测试和使用，需要采用一种低成本、低损耗、结构方便、易于加工的过渡系统来实现矩形波导到微带线的转变。为了实现这一目标，众多学者对此展开了深入研究。目前毫米波领域中常用的过渡系统主要有三种。
[0004]第一种是波导
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探针
‑
微带过渡，它具有插入损耗小、驻波比小、重复性能强的优点，其中E面探针结构是目前为止毫米波集成电路中使用最为频繁的结构。微带上的金属导带以探针的形式从金属波导宽边插入到金属波导内部，距离矩形波导短路面约四分之一波长，从而确保了矩形波导中探针处具有最大的电压以及电场强度。波导内基片上的金属导带取名为“探针”，是因为其宽度较窄，与50欧姆微带线上的金属导带宽度相当，比标准矩形波导的高度小很多，同样也远小于标准波导的宽度。在探针和标准微带结构之间引入一段高阻抗线，实现匹配，同时介质基片固定在腔体上，实现矩形波导和微带线之间的过渡。但是波导
‑
探针
‑
微带的过渡也存在一些缺陷，由于微带线和矩形波导成垂直排列，不便于实现直通，难以实现与之后MMIC电路的集成。为了解决这一问题，往往需要对波导进行90度弯曲，使实际波导的入口方向和微带线平行；但是这样又会引入新的不连续性，产生一定的反射，并且增加了损耗和体积，不利于布局。插入波导内壁的探针能够将波导内部的电场能量耦合至微带线上，但是这样的波导
‑
探针耦合会产生容性电抗，需要在探针之后级联一段具有高感抗特性的细微带线来抵消容性电抗的影响，实现与微带线之间的阻抗匹配；高阻抗微带线单位长度的损耗大于微带线，从而增加了该结构的插入损耗。(Y.
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C.Leong,S.Weinreb,"Full band waveguide
‑
to
‑
microstrip probe transitions",IEEE MTT
‑
S Microwave Symposium Diges,Vol.4,pp.1435
–
1438,June 1999)。
[0005]第二种是波导
‑
脊波导
‑
微带过渡。和标准矩形波导相比，脊波导由于凸缘电容的作用，其TE
10
波相对于相同横截面尺寸的矩形波导中TE
10
波而言，其截止波长更长，与TE
20
波
截止波长的差值也更大，因此脊波导拥有更宽的单模传输频段，能够实现更高的带宽；同时更加集中的波导内电场分布，也使得脊波导能够实现标准波导到标准微带过渡的场和阻抗匹配。但是在实际应用中，由于装配公差的限制和要求，其可重复性较差，而且波导的脊需要和微带电路硬接触，接触点会直接影响整个电路的性能，连接较松会导致电路性能变差，连接较紧则有可能损坏微带线。同时由于脊波导与金属导带接触，满足直流的传输条件，因此实际工程中还需要进行隔直处理，从而对交流信号引入较大的隔直损耗。并且为了实现更宽的转换频段，往往采用多级脊波导逐渐过渡的方式，级数与频段宽度成正相关；实际工程中四级波导段组成的加脊波导最为常见，且每级脊波导长度约为四分之一波长，导致过渡结构长度偏长，体积较大，对实际加工要求高，为系统的小型化增加了难度。(林勇等，“Ka频段宽带微带
‑
波导转换”，太赫兹科学与电子信息学报，2017年第二期，2017年4月)。
[0006]第三种是波导
‑
对极鳍线
‑
微带过渡，对脊鳍线式的过渡优势在于加工简单、插入损耗小、方便装配，同时过渡方向和微带线方向相同，方便和单片集成电路的连接。同时其加工要求相对较低、频带宽、是准平面电路，所以经常在毫米波电路中使用。在过渡段中，两层的金属鳍线分别位于介质基片的上下表面，鳍线槽宽逐渐过渡到与金属波导相同。但是介质基片两侧的对脊金属鳍会将金属波导TE
10
模的电场旋转90度，导致场的不连续性较大，不利于匹配；同时渐变过渡部分长度较长，不利于系统的小型化设计。实际工程中还需要添加隔直，引入较大的隔直损耗，且有谐振问题。(王梓睿，“微波波导—微带转换与滤波天线的设计”，硕士论文，华中科技大学，2019)。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种基于宽导带的直通式波导微带过渡结构，在小型化和低成本的前提下，同时实现直通式、隔直(或接地)、无谐振、低反射、低损耗。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种基于宽导带的直通式波导微带过渡结构，包括波导、覆盖宽导带的介质基片以及微带线。所述波导由标准波导、减高波导、减高减宽波导、减宽波导、约束腔、微带屏蔽腔由左往右紧贴级联而成。所述的覆盖宽导带的介质基片分为介质基片和金属宽导带，介质基片铺于减宽波导下壁上方并与减宽波导下壁紧贴，并且延伸至减高减宽波导和减高波导中，在减高减宽波导和减高波导中处于悬空状态，宽度始终不小于宽导带。宽导带左侧宽度接近于标准波导的宽度，甚至穿过波导侧壁从而方便固定，之后宽度减小，以适应减高减宽波导、减宽波导的宽度变化；右侧宽度接近于匹配微带线部分的金属导带宽度。所述的微带线由微带线和匹配微带线组成，微带线的金属导带与宽导带相连，介质部分与宽导带下方的介质层相连；所述的微带线导带，通过一段匹配微带线进行匹配，便于和宽导带相连。
[0009]进一步的，中间层的介质基片在俯视图中呈现出来的宽度大于导带的宽度，且介质层与宽导带的起始边界需要超前于减宽波导，且与减高波导的长度有关；介质层超出减宽波导的部分下方没有紧贴的导地金属板，其余部分下表面与减宽波导底面紧贴；所述介质基片可以采用多种规格的介质基板实现，也可以根据工作频段的不同而有所差异。
[0010本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于宽导带的直通式波导微带过渡结构，包括波导(1)、覆盖宽导带的介质基片(2)以及微带线(3)；其特征在于：所述波导由标准波导(10)、减高波导(11)、减高减宽波导(12)、减宽波导(13)、约束腔(14)、微带屏蔽腔(15)由左往右紧贴级联而成；所述的覆盖宽导带的介质基片(2)分为介质基片(20)和金属宽导带(21)，介质基片(20)铺于减宽波导(13)下壁上方并与减宽波导(13)下壁紧贴，并且延伸至减高减宽波导(12)和减高波导(11)中，在减高减宽波导(12)和减高波导(11)中处于悬空状态，宽度始终不小于宽导带(21)，宽导带(21)左侧宽度接近于标准波导(10)的宽度，甚至可以穿过波导侧壁从而方便固定，之后宽度减小，以适应减高减宽波导(12)、减宽波导(13)的宽度变化，右侧宽度接近于匹配微带线(31)部分的金属导带宽度；所述的微带线(3)由微带线(30)和匹配微带线(31)组成，微带线(3)的金属导带与宽导带...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永鸿，张宇驰，赵明华，刘宸宇，童凌云，梁涛，冯涛，樊勇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：