一种波导同轴转换器制造技术

一种波导同轴转换器，包括波导、同轴接头、脊波导阻抗变换段，所述波导一端开口，另一端封闭，波导内设置有朝向波导内部的多级阶梯状脊波导阻抗变换段，所述脊波导阻抗变换段的高度从波导的封闭一端到另一端逐渐降低；在所述脊波导阻抗变换段靠近波导封闭端的第一节阶梯上开设矩形凹槽，该凹槽开口朝向波导封闭端。本实用新型专利技术可以解决毫米波系统馈电模块的小型化和宽带需求。整个设计及制造过程无需焊接以及额外的调谐措施，降低产品的工艺复杂度，进而降低产品的成本并提高产品的一致性。进而降低产品的成本并提高产品的一致性。进而降低产品的成本并提高产品的一致性。

【技术实现步骤摘要】
一种波导同轴转换器


[0001]本技术涉及波导同轴转换器的


技术介绍

[0002]在毫米波应用领域，侧馈式的波导同轴转换结构由于其剖面尺寸大、敏感结构参数多等缺点限制了其应用范围。目前文献所披露的后馈式波导同轴转换结构，需要在同轴和波导之间引入了方形同轴过渡段才能实现较好的性能，而且往往还需要额外的调谐螺钉，除此之外同轴内导体和矩形波导内部的阶梯型中脊采用焊接方式实现电连接，这不仅增加了制造工序，焊点质量对产品一致性也提出了挑战。
[0003]波导同轴转换器是现代微波毫米波系统中广泛使用的无源转换器件，尤其在有源相控阵天线系统中，常用与收发模块与阵列天线之间的信号互联，通常完成矩形或圆波导到同轴线的转换功能。随着相控阵雷达的发展，对波导同轴转换器件的中心频率、带宽以及尺寸等参数都提出了更高的要求。
[0004]目前波导同轴转换馈电方式主要分两大类：侧馈式结构和后馈式结构。
[0005]（1）侧馈式结构：侧馈式波导同轴转换器是现在被广泛采用的结构，但是由于该种结构的输入端口和输出端口不在同一水平线上，结构不够紧凑，难以满足安装空间受限的级联需求。此外，在毫米波频段应用领域，由于波导端口口径尺寸较小，侧馈式同轴探针的相关关键尺寸的变化对于波导同轴转换器的转换性能的影响非常敏感，给加工制造工艺带来了很大的挑战。
[0006]（2）后馈式结构：后馈式结构将同轴线的输入端口与波导的输出端口置于同一水平线上。通过同轴与波导之间增加单脊波导来实现波导同轴的阻抗匹配，单脊波导是后馈式波导同轴转换器的关键结构，利用其多节的阶梯阻抗变换来调节波导的阻抗值，使得波导和同轴线阻抗值达到匹配。现在公开的后馈式波导同轴转换大多采用接触式，即同轴线内导体和过渡段——单脊波导的中脊相接触，为实现电接触的可靠性，需要焊接工艺予以保证。如中国专利1（CN110739515B）和文献1“毫米波宽带减高波导同轴转换的研制”（汤君坦等.固体电子学研究与进展,2020,40(05):343
‑
348）采用了在同轴和单脊波导过渡段之间增加了方形同轴过渡结构，实现了较好的阻抗匹配；文献2“宽带单脊波导—同轴转换器的仿真设计”（武欢欢.南方农机,2021,52(11):176
‑
177.）提出了非接触的后馈式波同转换，其同轴插针和过渡脊波导的中脊不接触，通过调整同轴插针的插入深度、插针端面和阶梯型中脊间距以及中脊高度来实现阻抗匹配，但该类结构的波导同轴转换器的带宽偏窄，文献中的测试结果表明该种工艺仍然对加工的精度有较高要求。
[0007]综上，侧馈式的同轴波导转换器其同轴接头与波导成90
°
夹角，结构不够紧凑，非常不利于系统之间的级联。除此之外，在毫米波应用领域，由于波导尺寸很小，同轴内导体的插入深度、位置等敏感参数直接决定波导同轴的转换效果，这对加工和制造工艺提出了较高的要求，将显著增加产品的成本，不利于量产。而对于同轴内导体和过渡中脊直接接触的后馈式波导同轴转换器，其加工过程采用焊接工艺，不仅增加了工艺复杂度，也影响了产
品的一致性；由于其耦合尺寸较小，同轴内导体和中脊的间距非常敏感，不利于量产。

技术实现思路

[0008]本技术提出一种波导同轴转换器，可以解决毫米波系统馈电模块的小型化和宽带需求。整个设计及制造过程无需焊接以及额外的调谐措施，降低产品的工艺复杂度，进而降低产品的成本并提高产品的一致性。
[0009]一种波导同轴转换器，包括波导、同轴接头、脊波导阻抗变换段，所述波导一端开口，另一端封闭，波导内设置有朝向波导内部的多级阶梯状脊波导阻抗变换段，所述脊波导阻抗变换段的高度从波导的封闭一端到另一端逐渐降低；在所述脊波导阻抗变换段靠近波导封闭端的第一节阶梯上开设矩形凹槽，该凹槽开口朝向波导封闭端。
[0010]优选的是，本技术的脊波导阻抗变换段的阶梯数量为自上而下的至少为两级。
[0011]优选的是，本技术的脊波导阻抗变换段的阶梯厚度均相等。
[0012]优选的是，本技术同轴接头的内导体伸入波导内部，并插入脊波导阻抗变换段的第一级阶梯凹槽中，所述第一级阶梯为最上层的一级。
[0013]优选的是，本技术的同轴内导体与脊波导阻抗变换段阶梯保持插入但不接触的相对位置关系。
[0014]优选的是，本技术的脊波导阻抗变换段的第一级阶梯凹槽深度取0.12
‑
0.15λ的长度，与内导体边距相距0.001λ。
[0015]优选的是，本技术的脊波导阻抗变换段到所述波导长度方向两边的距离相等。
[0016]优选的是，本技术的脊波导阻抗变换段厚度取0.08
‑
0.1λ。
[0017]本技术采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：
[0018]本技术首先通过理论计算得出过渡段波导中脊的初始参数值，然后借助商品电磁全波仿真软件进行优化调试使匹配达到最优。在研究的过程中发现本技术的关键技术参数包括：阶梯的高度和长度、凹槽的高度和长度以及同轴探针的插入深度，这是由于探针的插入深度会影响电磁波激励起场的位置，进而影响匹配；而阶梯的尺寸会改变脊波导的阻抗值，使矩形波导阻抗值逐渐过渡到与同轴线阻抗值相等。
附图说明
[0019]图1是本技术的一种结构示意图。
[0020]图2是图1的A
‑
A向剖视图。
[0021]图3是图1的俯视图。
[0022]图4是图1的左视图。
具体实施方式
[0023]同轴线和波导是两类常见的微波传输线，但是由于二者传输的电磁波模式不同，例如同轴线传输的主模式是TEM模，矩形波导传输的TE10模，如果将二者直接相连，无论是结构上还是传输模式上都会引入不连续性，进而造成阻抗失配。因此，常见的手段是在同轴
线和波导之间引入脊波导作为阻抗变换段，脊波导传输的主模式和矩形波导一致，将脊波导的中脊设置为阶梯状高度，高度较低的一端阻抗较高和波导连接，高度较低的一端阻抗较低和同轴线内导体电连接，中脊的高度方向上阶梯性变化实现阶梯性阻抗变换，从而实现宽频带匹配，该技术已经被广泛应用。
[0024]此类波导同轴转换要求同轴的内导体和过渡段的波导中脊在结构上实现电连接，即强馈方式，不管采用焊接还是插拔连接，同轴内导体和波导中脊之间都要物理接触，可称之为接触式波同转换器。
[0025]但是随着电磁波使用频率的升高，尤其是到了毫米波频段，由于工作波长的变短，波导和同轴的物理尺寸均减小，和低频段的波导同轴转换器相比，对加工公差的敏感度提高很多，如果仍采用接触式的波同工艺，为了保证良好的电接触，则需要控制焊点或者拔插工艺，这个对产品的一致性提出了很大的挑战，这不仅仅增加了工序，更使得加工的工艺控制成本增加。因此本技术介绍一种非接触式得波导同轴转换，即同轴内导体和过渡段之间在结构上不接触，采用耦合的方式实现电磁波的传输。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种波导同轴转换器，其特征在于包括波导、同轴接头、脊波导阻抗变换段，所述波导一端开口，另一端封闭，波导内设置有朝向波导内部的多级阶梯状脊波导阻抗变换段，所述脊波导阻抗变换段的高度从波导的封闭一端到另一端逐渐降低；在所述脊波导阻抗变换段靠近波导封闭端的第一节阶梯上开设矩形凹槽，该凹槽开口朝向波导封闭端。2.根据权利要求1所述的波导同轴转换器，其特征在于上述脊波导阻抗变换段的阶梯数量为自上而下的至少为两级。3.根据权利要求1所述的波导同轴转换器，其特征在于上述脊波导阻抗变换段的阶梯厚度均相等。4.根据权利要求2所述的波导同轴转换器，其特征在于上述同轴接头的内导体伸入波导内部，并插入脊波导阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴知航，胡锦聪，
申请(专利权)人：南京星航通信技术有限公司，
类型：新型
国别省市：