專利名稱：一種基片集成波導到同軸波導的轉換裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微波毫米波器件技術領域，涉及一種波導結構之間的連接轉換裝置， 具體涉及一種基片集成波導與同軸線波導的轉換裝置。
背景技術：
基片集成波導(Siw)是一種新型的波導結構，它源于矩形波導和微帶線，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?；刹▽Ъ夹g發(fā)展迅猛，其產品有基片集成波導濾波器、基片集成波導定向耦合器、基片集成波導環(huán)行器、基片集成波導-微帶線轉接器等無源器件?；刹▽б阎饾u成為微波傳輸線及器件的一個重要發(fā)展方向。在微波毫米波系統(tǒng)中，經常會大量的使用到這些基于基片集成波導做成的器件，特別是在一些有關基片集成波導結構的測試系統(tǒng)中，測試設備通常是同軸線結構，這必然要遇到基片集成波導到同軸線波導的轉換問題。現(xiàn)有的基片集成波導到同軸的轉換都是通過基片集成波導-微帶線-同軸壓線這樣過渡，微帶線的加入不僅造成小型化的阻力，而且浪費資源和增大插入損耗，因此，基片集成波導到同軸線波導的直接轉換有重要的研究意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種基片集成波導到同軸波導的轉換裝置，以實現(xiàn)基片集成波導與同軸波導的低反射和低損耗的相互轉換。本發(fā)明技術方案如下一種基片集成波導到同軸波導的轉換裝置，如圖1至3所示，包括一個基片集成波導接頭ι和一個同軸波導接頭2。其中，所述基片集成波導接頭1包括一段基片集成波導；所述基片集成波導由兩面覆蓋金屬層的矩形介質基板3沿兩個長邊沿開出兩排連接介質基板3兩面金屬層的金屬化通孔4形成，在基片集成波導的一端開有一排連接介質基板 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 —端的介質基板3的上金屬層開有一個圓形窗口 6 ；所述圓形窗口 6的大小與同軸波導外導體直徑相當，所述圓形窗口 6 的圓心位于所述基片集成波導的中軸線上。所述圓形窗口 6露出的圓形介質基板中心處開有一個垂直于所述基片集成波導的中軸線的矩形凹槽5。所述同軸波導接頭2的同軸線內導體前端加工成薄片探針8并插入所述矩形凹槽5中；所述同軸波導接頭2的同軸線外導體與所述介質基板3的上金屬層接觸并固定。上述技術方案中，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)；所述同軸波導接頭 2的同軸線外導體與所述介質基板3的上金屬層接觸并固定的方式可采用導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遠遠小于中心頻率的波長λ，以保證所有金屬化短路通孔7形成基片集成波導的一個短路電壁；同理，所述相鄰金屬化通孔4 之間的孔間距P遠遠小于中心頻率的波長λ，以保證所有金屬化通孔4形成基片集成波導的兩個電壁。本發(fā)明提供的基片集成波導到同軸波導的轉換裝置，與現(xiàn)有技術相比，以X波段為例，其優(yōu)點如下(1)在X波段內回波損耗優(yōu)于20dB，25dB的絕對帶寬超過3G，30dB的絕對帶寬超過2. 5G，插入損耗低于0. 15dB,能夠實現(xiàn)高性能的超寬頻帶，如具體實施方案所述。(2)實現(xiàn)了基片集成波導與同軸波導之間的低反射、低損耗轉換。(3)器件尺寸比較小，且裝卸簡便，可重復利用，便于對基片集成波導器件和系統(tǒng)的測試和運用。


圖1為本發(fā)明提供的基片集成波導到同軸波導的轉換裝置的結構示意圖。圖2為本發(fā)明提供的基片集成波導到同軸波導的轉換裝置中，基片集成波導接頭 1的縱向半剖面結構示意圖。圖3為本發(fā)明提供的基片集成波導到同軸波導的轉換裝置中，基片集成波導接頭 1的平面結構示意圖。圖4為本發(fā)明提供的基片集成波導到同軸波導的轉換裝置中，同軸波導接頭2的結構示意圖。圖5為本發(fā)明提供的基片集成波導到同軸波導的轉換裝置具體實施例1的 Ansoft/hfssl2的仿真結果圖。圖6為本發(fā)明提供的基片集成波導到同軸波導的轉換裝置具體實施例2的 Ansoft/hfssl2的仿真結果圖。圖7為本發(fā)明提供的基片集成波導到同軸波導的轉換裝置具體實施例3的 Ansoft/hfssl2的仿真結果圖。圖8為本發(fā)明提供的基片集成波導到同軸波導的轉換裝置具體實施例4的 Ansoft/hfssl2的仿真結果圖。
具體實施例方式具體實施例1結合圖1和圖3，以X波段為例，基片集成波導接頭1的介質基板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。同軸波導接頭2的同軸線內導體前端的薄片探針8的截面尺寸為1. 6mmX0. 1mm，探針長為2. 9mm。 同軸波導接頭2的同軸線為50 Ω標準同軸線，內導體直徑為3. 04mm,外導體直徑為7mm。介質基板3的介電常數為2. 2，損耗角正切為0. 002。將同軸波導接頭2的薄片探針8插入矩形凹槽5中，用導電膠將同軸波導接頭2的外導體與圓形窗口 6的邊緣黏緊。通過實現(xiàn)了有限元方法的、名為“Ans0ft/HFSS12”的仿真軟件，對本實施例進行3D電磁仿真，仿真結果如圖4?；夭〒p耗在8. 2G 12. 05G內優(yōu)于20dB，8. 7G 11. 8G內優(yōu)于25dB，帶寬達到3. 1G，9. IG 11. 6G內優(yōu)于30dB，帶寬達到2. 5G，插入損耗在8G 12G內都低于0. 14dB， 實現(xiàn)了高性能的寬頻帶。具體實施例2結合圖2和圖3，以X波段為例，基片集成波導接頭1的介質基板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。同軸波導接頭2的同軸線內導體前端的薄片探針8的截面尺寸為1. 6mmX0. 1mm, 探針長為2. 9mm。同軸波導接頭2的同軸線為50 Ω標準同軸線，內導體直徑為3. 04mm，外導體直徑為7mm。介質基板3的介電常數為2. 2，損耗角正切為0.002。將同軸波導接頭2 的薄片探針8插入矩形凹槽5中，用導電膠將同軸波導接頭2的外導體與圓形窗口 6的邊緣黏緊。通過實現(xiàn)了有限元方法的、名為“Ans0ft/HFSS12”的仿真軟件，對本實施例進行3D 電磁仿真，仿真結果如圖5所示?；夭〒p耗在8. IG 12. IG內優(yōu)于20dB，8. 6G 11.86G內優(yōu)于25dB，帶寬達到 3. 26G，8. 95G 11. 68G內優(yōu)于30dB，帶寬達到2. 73G，插入損耗8G 12G內都低于0. 12dB, 實現(xiàn)了高性能的超寬頻帶。具體實施例3結合圖1和圖3，以X波段為例，基片集成波導接頭1的介質基板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。同軸波導接頭2的同軸線內導體前端的薄片探針8的截面尺寸為1. 5mmX0. 1mm, 探針長為2. 9mm。同軸波導接頭2的同軸線為50 Ω標準同軸線，內導體直徑為3. 04mm，外導體直徑為7mm。介質基板3的介電常數為2. 2，損耗角正切為0.002。將同軸波導接頭2 的薄片探針8插入矩形凹槽5中，用導電膠將同軸波導接頭2的外導體與圓形窗口 6的邊緣黏緊。通過實現(xiàn)了有限元方法的、名為“Ans0ft/HFSS12”的仿真軟件，對實施例進行3D 電磁仿真，仿真結果如圖6所示?；夭〒p耗在8. 24G 12. 3G內優(yōu)于20dB，8. 74G 12. 06G內優(yōu)于25dB，帶寬達到 3. 32G，9. 07G 11. 9G內優(yōu)于30dB，帶寬達到2. 83G，插入損耗在整個X波段內低于0. 14dB， 實現(xiàn)了高性能的超寬頻帶。具體實施例4結合圖1和圖3，以X波段為例，基片集成波導接頭1的介質基板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。同軸波導接頭2的同軸線內導體前端的薄片探針8的截面尺寸為1. 7mmX0. 1mm，探針長為2. 9mm。 同軸波導接頭2的同軸線為50 Ω標準同軸線，內導體直徑為3. 04mm,外導體直徑為7mm。介質基板3的介電常數為2. 2，損耗角正切為0. 002。將同軸波導接頭2的薄片探針8插入矩形凹槽5中，用導電膠將同軸波導接頭2的外導體與圓形窗口 6的邊緣黏緊。通過實現(xiàn)了
5有限元方法的、名為“Ans0ft/HFSS12”的仿真軟件，對實施例進行3D電磁仿真，仿真結果如圖7所示。 回波損耗在8. 03G 12. 03G內優(yōu)于20dB，8. 56G 11. 76G內優(yōu)于25dB，帶寬達到3. 2G，8. 93G 11. 58G內優(yōu)于30dB，帶寬達到2. 65G，插入損耗在8G 12G內都低于 0. 12dB，實現(xiàn)了高性能的超寬頻帶。
權利要求
1.一種基片集成波導到同軸波導的轉換裝置，包括一個基片集成波導接頭(1)和一個同軸波導接頭O)；其特征在于所述基片集成波導接頭(1)包括一段基片集成波導；所述基片集成波導由兩面覆蓋金屬層的矩形介質基板C3)沿兩個長邊沿開出兩排連接介質基板C3)兩面金屬層的金屬化通孔(4)形成，在基片集成波導的一端開有一排連接介質基板 (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) —端的介質基板(3)的上金屬層開有一個圓形窗口(6)；所述圓形窗口(6)的大小與同軸波導外導體直徑相當，所述圓形窗口(6)的圓心位于所述基片集成波導的中軸線上；所述圓形窗口(6)露出的圓形介質基板中心處開有一個垂直于所述基片集成波導的中軸線的矩形凹槽(5)；所述同軸波導接頭O)的同軸線內導體前端加工成薄片探針(8)并插入所述矩形凹槽(5)中；所述同軸波導接頭O)的同軸線外導體與所述介質基板(3)的上金屬層接觸并固定。
2.根據權利要求1所述的基片集成波導到同軸波導的轉換裝置，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。
3.根據權利要求1所述的基片集成波導到同軸波導的轉換裝置，其特征在于，所述同軸波導接頭(2)的同軸線外導體與所述介質基板(3)的上金屬層接觸并固定的方式為導電膠粘接或焊接的方式。
4.根據權利要求1所述的基片集成波導到同軸波導的轉換裝置，其特征在于，所述相鄰金屬化短路通孔(7)之間的孔間距P遠遠小于中心頻率的波長λ，以保證所有金屬化短路通孔(7)形成基片集成波導的一個短路電壁。
全文摘要
一種基片集成波導到同軸波導的轉換裝置，屬于微波毫米波器件技術領域。包括一個基片集成波導接頭和一個同軸波導接頭；基片集成波導接頭所在的基片集成波導的一端開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基板的上金屬層開有圓形窗口；圓形窗口的大小與同軸波導外導體直徑相當，圓心位于基片集成波導的中軸線上；圓形窗口露出的圓形介質基板中心開有矩形凹槽；同軸波導接頭的內導體前端加工成薄片探針并插入矩形凹槽中；同軸波導接頭的外導體與介質基板的上金屬層接觸并固定。本發(fā)明實現(xiàn)了基片集成波導到同軸波導的低反射和低損耗的相互轉換，具有尺寸小、裝卸簡便、可重復利用的特點，便于對基片集成波導器件和系統(tǒng)的測試和運用。
文檔編號H01P5/08GK102509833SQ20111032876
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權日2011年10月26日
發(fā)明者梁迪飛, 汪曉光, 熊林, 鄧龍江, 陳良 申請人:電子科技大學