專利名稱：基于縫隙耦合的波導(dǎo)—微帶線變換及功率分配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無源器件中波導(dǎo)一微帶線過渡結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于 縫隙耦合技術(shù)的波導(dǎo)一微帶線變換及功率分配器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今社會中，雷達(dá)傳感器類器件被廣泛應(yīng)用在民用和軍事領(lǐng)域，如防盜 系統(tǒng)，交通領(lǐng)域中的防撞系統(tǒng)以及軍事上的導(dǎo)彈雷達(dá)系統(tǒng)等。
雷達(dá)傳感器的前端調(diào)制模塊通常由位于器件表面?zhèn)鞲衅黝^部的天線和位 于器件內(nèi)部的微波電路所組成。為了實現(xiàn)雷達(dá)感應(yīng)器的低成本以及小型化， 微帶天線是置于傳感器開放端天線的一個理想的選擇，常用的是微帶陣列天 線，而微波電路部分則通常選取包含微帶線所組成的微波電路。
盡管微帶線以及由其所組成的電路具有小型、輕量、易于制作的優(yōu)點， 同時也存在損耗較大的缺點，電路整體完全利用微帶線設(shè)計會造成較大的傳 輸損耗。因此在這樣的配置下， 一種有效的解決辦法是主電路傳輸線使用波 導(dǎo)，而波導(dǎo)的終端分別連接微帶天線以及微波電路，即微帶天線和微波電路 主要通過波導(dǎo)相聯(lián)接。這樣做的原因是雖然波導(dǎo)同微帶線相比體積較大但能 實現(xiàn)較少的傳輸損耗，而僅僅在主電路的傳輸部分應(yīng)用波導(dǎo)作為微波傳輸線 并不會顯著地增加器件的體積，這樣設(shè)計能夠使雷達(dá)傳感器在保證器件低成 本和小型化的情況下，實現(xiàn)較好的性能。
微帶線和波導(dǎo)雖然同為微波傳輸線，但是在外形和傳輸特性上都有一定 的差別，所以不可能實現(xiàn)兩者的直接相連，需要在中間加入波導(dǎo)一微帶線變 換器，當(dāng)需要將輸出信號分為兩路時，又必須使波導(dǎo)一微帶線變換器帶有功 率分配功能，因此，設(shè)計出具有良好電氣性能以及結(jié)構(gòu)簡單的波導(dǎo)一微帶線 變換及功率分配器是非常必要的。
3現(xiàn)今已有多種結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)一微帶線變換及功率分配器的設(shè)計方案，有的 采用對波導(dǎo)內(nèi)做階梯狀處理，也有的將微帶電路結(jié)構(gòu)插入到波導(dǎo)寬邊中心線 的剖面中等。雖然這些結(jié)構(gòu)均具有較好的電氣性能，但是大都改變了波導(dǎo)的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在工藝實現(xiàn)上較為復(fù)雜，也導(dǎo)致了成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于縫隙耦合技術(shù)的 垂直結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)一微帶線變換及功率分配器，該設(shè)計無需改變波導(dǎo)及微帶線 部分各自的結(jié)構(gòu)形式，通過縫隙耦合實現(xiàn)垂直結(jié)構(gòu)的信號傳輸及功率分配， 具有結(jié)構(gòu)簡單和易加工的特點。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為 一種波導(dǎo)一微帶線變換及 功率分配器，包括由下到上依次排列的波導(dǎo)管、第一金屬接地板、第一介質(zhì) 板、第二金屬接地板、第三金屬接地板及第二介質(zhì)板。所述第二介質(zhì)板上方 設(shè)置有兩條平行的用于信號輸出的矩形微帶線。其中為了信號的傳輸，所述 第一、第二金屬接地板上均設(shè)有與波導(dǎo)管開口形狀相同的開口；而第三金屬 接地板上蝕刻有兩條用于電磁能量耦合的矩形縫隙；同時第一介質(zhì)板、第一 金屬接地板及第二金屬接地板周邊還設(shè)有沿波導(dǎo)管口邊線均勻分布的金屬通 孔，實現(xiàn)彼此之間的電氣化連接。所述第一介質(zhì)板朝向波導(dǎo)管的一面貼有頻 率調(diào)解單元。
進(jìn)一步的，所述頻率調(diào)解單元可設(shè)置成一矩形金屬貼片，用于信號頻率 調(diào)整及阻抗匹配；所述兩微帶線互相平行設(shè)置，并分別位于兩縫隙正上方。 所述波導(dǎo)管橫截面為矩形。 所述兩縫隙為尺寸相同的矩形，且對稱分布于波導(dǎo)管橫截面長邊中心線兩 側(cè)，矩形縫隙短邊與波導(dǎo)管矩形橫截面短邊相平行。
所述兩個縫隙的中心距離為矩形金屬貼片平行于波導(dǎo)管橫截面長邊的邊 長的長度的一半。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點和有益效果
4所述波導(dǎo)一微帶線變換與功率分配器體積小，能夠方便地集成在微帶電 路系統(tǒng)或是微帶陣列天線的饋電設(shè)計等需要采用波導(dǎo)饋電的場合，且設(shè)計中 采用了垂直結(jié)構(gòu)，相對以往的平行結(jié)構(gòu)而言，這種設(shè)計能夠使微帶結(jié)構(gòu)部分 與波導(dǎo)電路部分充分良好的隔離，從而使二者均能獨立進(jìn)行設(shè)計，無需考慮 來自另一部分的影響。
發(fā)明還采用了縫隙耦合技術(shù)實現(xiàn)電磁能量的耦合過程，相對于其他同樣
使用垂直結(jié)構(gòu)設(shè)計的同類器件而言，本設(shè)計器件的微帶連接部分僅有兩條微
帶線，既不需要在微帶平面上方增加一個^/4的空腔，也無需增加一塊包圍
微帶線、面積略大于波導(dǎo)截面的短路金屬板，這樣的結(jié)構(gòu)使得在產(chǎn)品的實現(xiàn)
上更加方便，在集成過程中有更大的自由度。
本發(fā)明還具有一定的功能擴(kuò)展性，通過將微帶線開路端的伸長，并輔以
阻抗匹配的相關(guān)調(diào)整，能夠很方便得將其擴(kuò)展為波導(dǎo)一微帶線變換及四信號
輸出功率分配器。


圖l為本發(fā)明實施例一組成結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖l所示實施例剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為圖1中最上層介質(zhì)板3正面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為圖1中最上層接地板7正面結(jié)構(gòu)示意圖5為測得的本發(fā)明一具體實施例實際應(yīng)用中信號反射系數(shù)和傳輸系數(shù)特
性曲線圖6為本發(fā)明實施例二組成結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
為便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步 的詳細(xì)說明。
如圖1、 2為本發(fā)明一具體實施方案。方案中所述波導(dǎo)一微帶線變換及功 率分配器包括由下到上依次排列的波導(dǎo)管1、與波導(dǎo)管1具有相同開口形狀用 于信號傳輸?shù)牡谝唤饘俳拥匕?、第一介質(zhì)板2、與波導(dǎo)管l具有相同開口形 狀用于信號傳輸?shù)牡诙饘俳拥匕?、第三金屬接地板7及第二介質(zhì)板3。所 述第一介質(zhì)板2朝向波導(dǎo)管的一面貼有用于頻率調(diào)整及阻抗匹配的金屬貼片5，所述第三金屬接地板7上蝕刻有兩條用于電磁能量耦合的縫隙8;所述第
二介質(zhì)板3上方設(shè)置有兩條平行的用于信號輸出、具有開路端的矩形微帶線9;
所述第一介質(zhì)板2、第一金屬接地板4及第二金屬接地板6周邊沿略大于波導(dǎo) 口邊線尺寸的矩形均勻設(shè)置金屬通孔10。
該實施例中，所述波導(dǎo)一微帶線變換及功率分配器實際上主要由兩塊重 疊的介質(zhì)板2、 3構(gòu)成，它們可以方便地固定到波導(dǎo)管l上，并在介質(zhì)板3上方 設(shè)置兩條微帶線9，如圖3所示。所述微帶線是具有有效寬度的金屬帶，其寬 度由傳輸信號線路所需的特性阻抗決定。金屬帶一端與介質(zhì)板3邊沿重疊，另 一端為開路，如圖中9-l所示。實施例中波導(dǎo)管l橫截面為矩形，對應(yīng)的介質(zhì) 板2、 3，金屬接地板4、 6、 7均為尺寸與波導(dǎo)管1截面尺寸相同的矩形板。
位于波導(dǎo)管1與介質(zhì)板2之間的金屬接地板4上開有一個形狀與波導(dǎo)管內(nèi) 腔形狀一致的窗口，該部分相當(dāng)于長度等于金屬接地板4厚度的波導(dǎo)管。在窗 口中心處設(shè)置一塊矩形的金屬貼片作為頻率調(diào)節(jié)單元5。矩形貼片沿波導(dǎo)管橫 截面短邊方向的長度決定所述波導(dǎo)一微帶線變換及功率分配器的工作頻率， 短邊長度一般設(shè)為波導(dǎo)信號波長的一半(^/2)，矩形貼片5的另一邊長則用 于調(diào)節(jié)阻抗匹配。
位于介質(zhì)板2與介質(zhì)板3之間的金屬接地板6設(shè)計與金屬接地板4相同，即 也開出一個形狀與波導(dǎo)管內(nèi)腔形狀一致的窗口，而在金屬接地板7上開出兩個 尺寸相同的矩形縫隙8，同時介質(zhì)板2、金屬接地板4、 6的周邊沿波導(dǎo)管口邊 沿外側(cè)位置均勻設(shè)置金屬通孔IO。
如圖4為金屬接地板7正面結(jié)構(gòu)示意圖，設(shè)置在金屬接地板7上的兩條矩 形縫隙8分別垂直于兩條微帶線9，分別為與自身垂直的微帶線耦合傳輸能量。 設(shè)計時，兩條矩形縫隙8分別設(shè)置在波導(dǎo)管口截面長邊中心線(即金屬接地板 7長邊中心線A-A'軸線)的兩側(cè)，以A-A'軸線對稱。兩縫隙的尺寸也對阻抗 匹配有影響。為了消除771^ (矩形貼片5、第二金屬接地板8以及中間的介質(zhì) 構(gòu)成的貼片諧振腔的主模為TMOl，還可能激發(fā)一種高次模即稱為7^ 其對 信號傳輸不利)高次模的激勵，兩個縫隙8的中心點間距一般設(shè)置為矩形貼片 5沿波導(dǎo)管截面寬邊方向的長度的一半。
兩條微帶線9分別置于兩縫隙8的正上方，微帶線9一端設(shè)置為調(diào)諧枝節(jié) (9-1)，調(diào)節(jié)該端的位置，即調(diào)節(jié)微帶線長短，可調(diào)節(jié)阻抗匹配。
所述功率變換分配器工作時，能量由波導(dǎo)管饋入，通過波導(dǎo)管末端的矩 形貼片5耦合到由矩形貼片5、開有縫隙的金屬板7以及金屬通孔10形成的四周等效磁壁所構(gòu)成的諧振腔當(dāng)中，進(jìn)行頻率選擇和阻抗匹配，最后通過兩個縫
隙8將能量分別傳輸?shù)絻蓷l用于信號輸出的微帶線9上，進(jìn)而實現(xiàn)能量輸出以 及功率分配目的。
如圖5所示，為本發(fā)明一具體實施例實際應(yīng)用中信號的反射系數(shù)和傳輸系 數(shù)特性圖。其中，虛線S11表示反射系數(shù)，實線S21表示傳輸系數(shù)，x軸表示輸 入信號頻率(單位GHz)， y軸表示天線輸入端口的信號的反射系數(shù)和傳輸系 數(shù)的數(shù)值(單位dB)。該實施例的具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)可見下表
名稱數(shù)值
波導(dǎo)橫截面長度15.8 mm
波導(dǎo)橫截面寬度7.9 mm
貼片長度6.05 mm
貼片寬度14 mm
縫隙長度1.5 mm
縫隙寬度4.5 mm
兩縫間距7 mm
微帶線寬度1.5 mm
通孔半徑0.3 mm
開路端長度3.5 mm
底部介質(zhì)板厚度1 mm
上層介質(zhì)板厚度0.5 mm
介質(zhì)板介電常數(shù)2.2
從圖中可以看出，該實施例所述變換及功率分配器在信號頻段為
11. 75GHz至13. 25GHz具有良好的反射和傳輸特性。調(diào)整上述表中參數(shù)就可以 調(diào)整分配器的工作頻段，使其適應(yīng)不同工作情況，對應(yīng)不同的信號源具有較 好的傳輸特性。
如圖6所示為本發(fā)明實施例二示意圖，該實施例與實施例一不同之處在于 所述微帶線9兩端均位于第二介質(zhì)板3兩邊沿，作為信號輸出端口，使其成為 具有四個輸出端口的波導(dǎo)一微帶線變換及四信號輸出功分器結(jié)構(gòu)。
需說明的是，上述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施方案，在不脫離本發(fā)明 構(gòu)思前提下，對本發(fā)明所做的任何微小變化及等同替換，均屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種基于縫隙耦合的波導(dǎo)-微帶線變換及功率分配器，包括由下到上依次排列的波導(dǎo)管(1)、與波導(dǎo)管(1)具有相同開口形狀用于信號傳輸?shù)牡谝唤饘俳拥匕?4)、第一介質(zhì)板(2)、與波導(dǎo)管(1)具有相同開口形狀用于信號傳輸?shù)牡诙饘俳拥匕?6)、第三金屬接地板(7)及第二介質(zhì)板(3)，其特征在于所述第一介質(zhì)板(2)朝向波導(dǎo)管的一面設(shè)置有頻率調(diào)節(jié)單元(5)，所述第二介質(zhì)板(3)上方設(shè)置有兩條用于信號輸出的微帶線(9)；所述第三金屬接地板(7)上蝕刻有兩條用于電磁能量耦合的矩形縫隙(8)；所述第一介質(zhì)板(2)、第一金屬接地板(4)及第二金屬接地板(6)的周邊沿波導(dǎo)管口邊沿外側(cè)位置均勻分布有金屬通孔(10)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于縫隙耦合的波導(dǎo)一微帶線變換及功率分配 器，其特征在于所述兩微帶線(9)互相平行設(shè)置，并分別位于兩矩形縫隙(8) 正上方。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述基于縫隙耦合的波導(dǎo)一微帶線變換及功率分配器，其特征在于所述波導(dǎo)管(l)橫截面為矩形。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于縫隙耦合的波導(dǎo)一微帶線變換及功率分配器，其特征在于所述兩縫隙(8)為尺寸相同的矩形，且對稱分布于波導(dǎo)管橫截面長邊中心線(A-A')的兩側(cè)，矩形縫隙(8)短邊與波導(dǎo)管矩形橫截面短 邊相平行。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于縫隙耦合的波導(dǎo)一微帶線變換及功率分配 器，其特征在于所述頻率調(diào)節(jié)單元(5)為一矩形金屬貼片。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于縫隙耦合的波導(dǎo)一微帶線變換及功率分配 器，其特征在于所述兩個縫隙(8)的中心距離為矩形金屬貼片平行于波導(dǎo)管 橫截面長邊的邊長的長度的一半。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于縫隙耦合的波導(dǎo)一微帶線變換及功率分配 器，其特征在于所述兩條微帶線(9)均具有開路端(9-1)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于縫隙耦合的波導(dǎo)一微帶線變換及功率分配 器，其特征在于所述微帶線(9)兩端均位于第二介質(zhì)板3兩邊沿，作為信號 輸出端口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于縫隙耦合的垂直結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)—微帶線變換及功率分配器，包括由下到上依次排列的波導(dǎo)管、與波導(dǎo)管具有相同開口形狀的第一金屬接地板、第一介質(zhì)板、與波導(dǎo)管具有相同開口形狀的第二金屬接地板、第三金屬接地板及第二介質(zhì)板。所述第一介質(zhì)板朝向波導(dǎo)管的一面貼有頻率調(diào)節(jié)單元，第二介質(zhì)板上方平行設(shè)置兩條微帶線，第三金屬接地板上蝕刻有兩條用于電磁能量耦合的矩形縫隙；所述第一介質(zhì)板、第一金屬接地板及第二金屬接地板周邊還設(shè)有沿波導(dǎo)管口邊線均勻分布的金屬通孔。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡潔、體積小，能夠方便地集成在微帶電路系統(tǒng)等需要采用波導(dǎo)饋電的結(jié)構(gòu)中，且設(shè)計中采用了垂直結(jié)構(gòu)，使設(shè)計更加靈活、方便。
文檔編號H01P5/107GK101494312SQ20091003741
公開日2009年7月29日 申請日期2009年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月24日
發(fā)明者智 仇, 斌 俞, 荻 吳 申請人:惠州市碩貝德通訊科技有限公司