專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基片集成波導(dǎo)到同軸波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波毫米波器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之間的連接轉(zhuǎn)換裝置， 具體涉及一種基片集成波導(dǎo)與同軸線(xiàn)波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
基片集成波導(dǎo)(Siw)是一種新型的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，它源于矩形波導(dǎo)和微帶線(xiàn)，具有低成本、低損耗、高Q值和可高密度集成微波毫米波電路及其子系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)?；刹▽?dǎo)技術(shù)發(fā)展迅猛，其產(chǎn)品有基片集成波導(dǎo)濾波器、基片集成波導(dǎo)定向耦合器、基片集成波導(dǎo)環(huán)行器、基片集成波導(dǎo)-微帶線(xiàn)轉(zhuǎn)接器等無(wú)源器件?；刹▽?dǎo)已逐漸成為微波傳輸線(xiàn)及器件的一個(gè)重要發(fā)展方向。在微波毫米波系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)大量的使用到這些基于基片集成波導(dǎo)做成的器件，特別是在一些有關(guān)基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的測(cè)試系統(tǒng)中，測(cè)試設(shè)備通常是同軸線(xiàn)結(jié)構(gòu)，這必然要遇到基片集成波導(dǎo)到同軸線(xiàn)波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。現(xiàn)有的基片集成波導(dǎo)到同軸的轉(zhuǎn)換都是通過(guò)基片集成波導(dǎo)-微帶線(xiàn)-同軸壓線(xiàn)這樣過(guò)渡，微帶線(xiàn)的加入不僅造成小型化的阻力，而且浪費(fèi)資源和增大插入損耗，因此，基片集成波導(dǎo)到同軸線(xiàn)波導(dǎo)的直接轉(zhuǎn)換有重要的研究意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基片集成波導(dǎo)到同軸波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換裝置，以實(shí)現(xiàn)基片集成波導(dǎo)與同軸波導(dǎo)的低反射和低損耗的相互轉(zhuǎn)換。本發(fā)明技術(shù)方案如下一種基片集成波導(dǎo)到同軸波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換裝置，如圖1至3所示，包括一個(gè)基片集成波導(dǎo)接頭ι和一個(gè)同軸波導(dǎo)接頭2。其中，所述基片集成波導(dǎo)接頭1包括一段基片集成波導(dǎo)；所述基片集成波導(dǎo)由兩面覆蓋金屬層的矩形介質(zhì)基板3沿兩個(gè)長(zhǎng)邊沿開(kāi)出兩排連接介質(zhì)基板3兩面金屬層的金屬化通孔4形成，在基片集成波導(dǎo)的一端開(kāi)有一排連接介質(zhì)基板 3兩面金屬層的金屬化短路通孔7，在靠近金屬化短路通孔7 —端的介質(zhì)基板3的上金屬層開(kāi)有一個(gè)圓形窗口 6 ；所述圓形窗口 6的大小與同軸波導(dǎo)外導(dǎo)體直徑相當(dāng)，所述圓形窗口 6 的圓心位于所述基片集成波導(dǎo)的中軸線(xiàn)上。所述圓形窗口 6露出的圓形介質(zhì)基板中心處開(kāi)有一個(gè)垂直于所述基片集成波導(dǎo)的中軸線(xiàn)的矩形凹槽5。所述同軸波導(dǎo)接頭2的同軸線(xiàn)內(nèi)導(dǎo)體前端加工成薄片探針8并插入所述矩形凹槽5中；所述同軸波導(dǎo)接頭2的同軸線(xiàn)外導(dǎo)體與所述介質(zhì)基板3的上金屬層接觸并固定。上述技術(shù)方案中，所述矩形凹槽5和薄片探針8的截面形狀最好保持一致，且二者的中心位置距離金屬化短路通孔7為1/4 λ (λ為中心頻率的波長(zhǎng))；所述同軸波導(dǎo)接頭 2的同軸線(xiàn)外導(dǎo)體與所述介質(zhì)基板3的上金屬層接觸并固定的方式可采用導(dǎo)電膠粘接或焊接的方式；所述相鄰金屬化短路通孔7之間的孔間距P遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于中心頻率的波長(zhǎng)λ，以保證所有金屬化短路通孔7形成基片集成波導(dǎo)的一個(gè)短路電壁；同理，所述相鄰金屬化通孔4 之間的孔間距P遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于中心頻率的波長(zhǎng)λ，以保證所有金屬化通孔4形成基片集成波導(dǎo)的兩個(gè)電壁。本發(fā)明提供的基片集成波導(dǎo)到同軸波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，以X波段為例，其優(yōu)點(diǎn)如下(1)在X波段內(nèi)回波損耗優(yōu)于20dB，25dB的絕對(duì)帶寬超過(guò)3G，30dB的絕對(duì)帶寬超過(guò)2. 5G，插入損耗低于0. 15dB,能夠?qū)崿F(xiàn)高性能的超寬頻帶，如具體實(shí)施方案所述。(2)實(shí)現(xiàn)了基片集成波導(dǎo)與同軸波導(dǎo)之間的低反射、低損耗轉(zhuǎn)換。(3)器件尺寸比較小，且裝卸簡(jiǎn)便，可重復(fù)利用，便于對(duì)基片集成波導(dǎo)器件和系統(tǒng)的測(cè)試和運(yùn)用。


圖1為本發(fā)明提供的基片集成波導(dǎo)到同軸波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明提供的基片集成波導(dǎo)到同軸波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換裝置中，基片集成波導(dǎo)接頭 1的縱向半剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明提供的基片集成波導(dǎo)到同軸波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換裝置中，基片集成波導(dǎo)接頭 1的平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明提供的基片集成波導(dǎo)到同軸波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換裝置中，同軸波導(dǎo)接頭2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明提供的基片集成波導(dǎo)到同軸波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換裝置具體實(shí)施例1的 Ansoft/hfssl2的仿真結(jié)果圖。圖6為本發(fā)明提供的基片集成波導(dǎo)到同軸波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換裝置具體實(shí)施例2的 Ansoft/hfssl2的仿真結(jié)果圖。圖7為本發(fā)明提供的基片集成波導(dǎo)到同軸波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換裝置具體實(shí)施例3的 Ansoft/hfssl2的仿真結(jié)果圖。圖8為本發(fā)明提供的基片集成波導(dǎo)到同軸波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換裝置具體實(shí)施例4的 Ansoft/hfssl2的仿真結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施例1結(jié)合圖1和圖3，以X波段為例，基片集成波導(dǎo)接頭1的介質(zhì)基板3的厚度為3mm， 兩排金屬化通孔4的孔徑為0. 4mm,每排金屬化通孔4的相鄰孔間距為1. 9mm,兩排金屬化通孔4之間的距離為22mm，介質(zhì)基板3的寬邊為24mm，矩形凹槽5的尺寸為1. 6mmX0. 1mm, 深度為2. 9mm ；金屬短路孔7孔徑為0. 4mm,孔間距為2mm，圓形窗口 6的直徑為7mm。同軸波導(dǎo)接頭2的同軸線(xiàn)內(nèi)導(dǎo)體前端的薄片探針8的截面尺寸為1. 6mmX0. 1mm，探針長(zhǎng)為2. 9mm。 同軸波導(dǎo)接頭2的同軸線(xiàn)為50 Ω標(biāo)準(zhǔn)同軸線(xiàn)，內(nèi)導(dǎo)體直徑為3. 04mm,外導(dǎo)體直徑為7mm。介質(zhì)基板3的介電常數(shù)為2. 2，損耗角正切為0. 002。將同軸波導(dǎo)接頭2的薄片探針8插入矩形凹槽5中，用導(dǎo)電膠將同軸波導(dǎo)接頭2的外導(dǎo)體與圓形窗口 6的邊緣黏緊。通過(guò)實(shí)現(xiàn)了有限元方法的、名為“Ans0ft/HFSS12”的仿真軟件，對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行3D電磁仿真，仿真結(jié)果如圖4?；夭〒p耗在8. 2G 12. 05G內(nèi)優(yōu)于20dB，8. 7G 11. 8G內(nèi)優(yōu)于25dB，帶寬達(dá)到3. 1G，9. IG 11. 6G內(nèi)優(yōu)于30dB，帶寬達(dá)到2. 5G，插入損耗在8G 12G內(nèi)都低于0. 14dB， 實(shí)現(xiàn)了高性能的寬頻帶。具體實(shí)施例2結(jié)合圖2和圖3，以X波段為例，基片集成波導(dǎo)接頭1的介質(zhì)基板3的厚度為 3mm,兩排金屬化通孔4的孔徑為0. 5mm,每排金屬化通孔4的相鄰孔間距為1. 9mm,兩排金屬化通孔4之間的距離為22mm，介質(zhì)基板3的寬邊為23. 56mm，矩形凹槽5的尺寸為 1. 6mmX0. 1mm,深度為2. 9mm ；金屬短路孔7孔徑為0. 5mm,孔間距為2_，圓形窗口 6的直徑為7mm。同軸波導(dǎo)接頭2的同軸線(xiàn)內(nèi)導(dǎo)體前端的薄片探針8的截面尺寸為1. 6mmX0. 1mm, 探針長(zhǎng)為2. 9mm。同軸波導(dǎo)接頭2的同軸線(xiàn)為50 Ω標(biāo)準(zhǔn)同軸線(xiàn)，內(nèi)導(dǎo)體直徑為3. 04mm，外導(dǎo)體直徑為7mm。介質(zhì)基板3的介電常數(shù)為2. 2，損耗角正切為0.002。將同軸波導(dǎo)接頭2 的薄片探針8插入矩形凹槽5中，用導(dǎo)電膠將同軸波導(dǎo)接頭2的外導(dǎo)體與圓形窗口 6的邊緣黏緊。通過(guò)實(shí)現(xiàn)了有限元方法的、名為“Ans0ft/HFSS12”的仿真軟件，對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行3D 電磁仿真，仿真結(jié)果如圖5所示。回波損耗在8. IG 12. IG內(nèi)優(yōu)于20dB，8. 6G 11.86G內(nèi)優(yōu)于25dB，帶寬達(dá)到 3. 26G，8. 95G 11. 68G內(nèi)優(yōu)于30dB，帶寬達(dá)到2. 73G，插入損耗8G 12G內(nèi)都低于0. 12dB, 實(shí)現(xiàn)了高性能的超寬頻帶。具體實(shí)施例3結(jié)合圖1和圖3，以X波段為例，基片集成波導(dǎo)接頭1的介質(zhì)基板3的厚度為 3mm,兩排金屬化通孔4的孔徑為0. 6mm,每排金屬化通孔4的相鄰孔間距為1. 5mm,兩排金屬化通孔4之間的距離為22mm，介質(zhì)基板3的寬邊為23. 56mm，矩形凹槽5的尺寸為 1. 5mmX0. 1mm,深度為2. 9mm,金屬短路孔7孔徑為0. 6mm,孔間距為1_，圓形窗口 6的直徑為7mm。同軸波導(dǎo)接頭2的同軸線(xiàn)內(nèi)導(dǎo)體前端的薄片探針8的截面尺寸為1. 5mmX0. 1mm, 探針長(zhǎng)為2. 9mm。同軸波導(dǎo)接頭2的同軸線(xiàn)為50 Ω標(biāo)準(zhǔn)同軸線(xiàn)，內(nèi)導(dǎo)體直徑為3. 04mm，外導(dǎo)體直徑為7mm。介質(zhì)基板3的介電常數(shù)為2. 2，損耗角正切為0.002。將同軸波導(dǎo)接頭2 的薄片探針8插入矩形凹槽5中，用導(dǎo)電膠將同軸波導(dǎo)接頭2的外導(dǎo)體與圓形窗口 6的邊緣黏緊。通過(guò)實(shí)現(xiàn)了有限元方法的、名為“Ans0ft/HFSS12”的仿真軟件，對(duì)實(shí)施例進(jìn)行3D 電磁仿真，仿真結(jié)果如圖6所示。回波損耗在8. 24G 12. 3G內(nèi)優(yōu)于20dB，8. 74G 12. 06G內(nèi)優(yōu)于25dB，帶寬達(dá)到 3. 32G，9. 07G 11. 9G內(nèi)優(yōu)于30dB，帶寬達(dá)到2. 83G，插入損耗在整個(gè)X波段內(nèi)低于0. 14dB， 實(shí)現(xiàn)了高性能的超寬頻帶。具體實(shí)施例4結(jié)合圖1和圖3，以X波段為例，基片集成波導(dǎo)接頭1的介質(zhì)基板3的厚度為3mm， 兩排金屬化通孔4的孔徑為0. 4mm,每排金屬化通孔4的相鄰孔間距為1. 9mm,兩排金屬化通孔4之間的距離為22mm，介質(zhì)基板3的寬邊為24mm，矩形凹槽5的尺寸為1. 7mmX0. 1mm, 深度為2. 9mm,金屬短路孔7孔徑為0. 4mm,孔間距為1mm，圓形窗口 6的直徑為7mm。同軸波導(dǎo)接頭2的同軸線(xiàn)內(nèi)導(dǎo)體前端的薄片探針8的截面尺寸為1. 7mmX0. 1mm，探針長(zhǎng)為2. 9mm。 同軸波導(dǎo)接頭2的同軸線(xiàn)為50 Ω標(biāo)準(zhǔn)同軸線(xiàn)，內(nèi)導(dǎo)體直徑為3. 04mm,外導(dǎo)體直徑為7mm。介質(zhì)基板3的介電常數(shù)為2. 2，損耗角正切為0. 002。將同軸波導(dǎo)接頭2的薄片探針8插入矩形凹槽5中，用導(dǎo)電膠將同軸波導(dǎo)接頭2的外導(dǎo)體與圓形窗口 6的邊緣黏緊。通過(guò)實(shí)現(xiàn)了
5有限元方法的、名為“Ans0ft/HFSS12”的仿真軟件，對(duì)實(shí)施例進(jìn)行3D電磁仿真，仿真結(jié)果如圖7所示。 回波損耗在8. 03G 12. 03G內(nèi)優(yōu)于20dB，8. 56G 11. 76G內(nèi)優(yōu)于25dB，帶寬達(dá)到3. 2G，8. 93G 11. 58G內(nèi)優(yōu)于30dB，帶寬達(dá)到2. 65G，插入損耗在8G 12G內(nèi)都低于 0. 12dB，實(shí)現(xiàn)了高性能的超寬頻帶。
權(quán)利要求
1.一種基片集成波導(dǎo)到同軸波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換裝置，包括一個(gè)基片集成波導(dǎo)接頭(1)和一個(gè)同軸波導(dǎo)接頭O)；其特征在于所述基片集成波導(dǎo)接頭(1)包括一段基片集成波導(dǎo)；所述基片集成波導(dǎo)由兩面覆蓋金屬層的矩形介質(zhì)基板C3)沿兩個(gè)長(zhǎng)邊沿開(kāi)出兩排連接介質(zhì)基板C3)兩面金屬層的金屬化通孔(4)形成，在基片集成波導(dǎo)的一端開(kāi)有一排連接介質(zhì)基板 (3)兩面金屬層的金屬化短路通孔(7)，在靠近金屬化短路通孔(7) —端的介質(zhì)基板(3)的上金屬層開(kāi)有一個(gè)圓形窗口(6)；所述圓形窗口(6)的大小與同軸波導(dǎo)外導(dǎo)體直徑相當(dāng)，所述圓形窗口(6)的圓心位于所述基片集成波導(dǎo)的中軸線(xiàn)上；所述圓形窗口(6)露出的圓形介質(zhì)基板中心處開(kāi)有一個(gè)垂直于所述基片集成波導(dǎo)的中軸線(xiàn)的矩形凹槽(5)；所述同軸波導(dǎo)接頭O)的同軸線(xiàn)內(nèi)導(dǎo)體前端加工成薄片探針(8)并插入所述矩形凹槽(5)中；所述同軸波導(dǎo)接頭O)的同軸線(xiàn)外導(dǎo)體與所述介質(zhì)基板(3)的上金屬層接觸并固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)到同軸波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述矩形凹槽( 和薄片探針(8)的截面形狀一致，且二者的中心位置距離金屬化短路通孔(7) 為1/4λ，其中λ為中心頻率的波長(zhǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)到同軸波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述同軸波導(dǎo)接頭(2)的同軸線(xiàn)外導(dǎo)體與所述介質(zhì)基板(3)的上金屬層接觸并固定的方式為導(dǎo)電膠粘接或焊接的方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)到同軸波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述相鄰金屬化短路通孔(7)之間的孔間距P遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于中心頻率的波長(zhǎng)λ，以保證所有金屬化短路通孔(7)形成基片集成波導(dǎo)的一個(gè)短路電壁。
全文摘要
一種基片集成波導(dǎo)到同軸波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換裝置，屬于微波毫米波器件技術(shù)領(lǐng)域。包括一個(gè)基片集成波導(dǎo)接頭和一個(gè)同軸波導(dǎo)接頭；基片集成波導(dǎo)接頭所在的基片集成波導(dǎo)的一端開(kāi)有一排連接兩面金屬層的短路通孔，靠近短路通孔一端的介質(zhì)基板的上金屬層開(kāi)有圓形窗口；圓形窗口的大小與同軸波導(dǎo)外導(dǎo)體直徑相當(dāng)，圓心位于基片集成波導(dǎo)的中軸線(xiàn)上；圓形窗口露出的圓形介質(zhì)基板中心開(kāi)有矩形凹槽；同軸波導(dǎo)接頭的內(nèi)導(dǎo)體前端加工成薄片探針并插入矩形凹槽中；同軸波導(dǎo)接頭的外導(dǎo)體與介質(zhì)基板的上金屬層接觸并固定。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了基片集成波導(dǎo)到同軸波導(dǎo)的低反射和低損耗的相互轉(zhuǎn)換，具有尺寸小、裝卸簡(jiǎn)便、可重復(fù)利用的特點(diǎn)，便于對(duì)基片集成波導(dǎo)器件和系統(tǒng)的測(cè)試和運(yùn)用。
文檔編號(hào)H01P5/08GK102509833SQ20111032876
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者梁迪飛, 汪曉光, 熊林, 鄧龍江, 陳良 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)