具有濾波特性的波導到微帶過渡結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及微波濾波器技術領域，具體設及一種具有濾波特性的波導到微帶過渡 結構。
【背景技術】
[0002] 矩形波導具有導體損耗小、功率容量大、無福射損耗、結構簡單、易于制造等優(yōu)點， 廣泛應用3000MHz~300G化的微波頻段和毫米波頻段的通信、雷達、遙感、電子對抗和測量 等系統(tǒng)中。在20世紀50年代W前，所有的微波設備幾乎都是采用波導或者同軸線。隨著毫米 波技術的發(fā)展，毫米波混合集成電路與單片集成電路在通信、雷達、制導W及其它一些系統(tǒng) 中得到廣泛地應用。
[0003] 目前，在毫米波技術中，微帶傳輸線正在越來越多的場合取代金屬波導，成為制作 毫米波集成電路的重要傳輸線。在使用MMIC的毫米波系統(tǒng)中，對各個MMIC之間的連接采用 的是微帶線。而現(xiàn)有的毫米波測試系統(tǒng)往往采用的是矩形波導接口，運就要求在使用MMIC 的系統(tǒng)中尋找一種低成本、低損耗、易制造的矩形波導到微帶過渡。目前常用的過渡結構 有：階梯脊波導過渡、對脊罐線過渡、禪合探針過渡等。運些過渡結構帶寬較寬，插入損耗 小。為了便于測試、傳輸W及獨立微帶電路之間的連接，如何實現(xiàn)波導與微帶間的低損耗轉 換就成了微波毫米波技術研究的重要內容。
[0004] 微帶-探針-波導過渡的插入損耗低，駐波小，重復性好，是毫米波平面集成電路中 應用最為廣泛的一種過渡結構。在運種結構中微帶探針經過一段高阻抗線變換到微帶線， 利用一段起禪合作用的探針把波導中的電磁場禪合到微帶中去。矩形波導中離開過渡探針 入/4的短路面保證探針在波導內處于最大電壓，即電場最強位置。介質基片穿過矩形波導， 固定在測試腔體上，為基片提供了定位保證。
[0005] 現(xiàn)有的波導到微帶過渡主要有W下幾種方式來實現(xiàn)：
[0006] 第一種是微帶過渡為波導-探針-微帶過渡。該波導到微帶過渡的插入損耗低，駐 波小，重復性好，是毫米波平面集成電路中應用最為廣泛的一種過渡結構。但是該結構功能 單一、頻率選擇性差，即：僅具有把能量從波導結構禪合到微帶結構的單一功能，不具有一 種結構具有多種功能的特性，不利于系統(tǒng)的小型化設計。頻率選擇性差。該結構可W具有在 較寬的一個頻帶范圍內實現(xiàn)較低能量損耗的傳輸特性，但是頻率的選擇性比較差。在具體 的應用場合下，系統(tǒng)有工作帶寬的限制，所W利用此結構不能達到較好帶寬選擇的目的 (Y.-C丄eong,S.Weinreb,"Full band waveguide-to-microstrip probe transitions", IE邸 MTT-S Microwave Symposium Diges'Vol.4,pp.1435-1438,June 1999)。
[0007] 第二種是波導-對極罐線-微帶過渡。在運種結構中，罐線槽寬逐漸變化到全高金 屬波導，在面對空波導的罐線漸變段末端，由介質基片引入的不連續(xù)效應通過一段或兩段 四分之一工作波長變換段減至最小。但是該結構功能單一、頻率選擇性差，不利于系統(tǒng)的小 型化設計(蒲大雁，"基于磁禪合的矩形波導一微帶過渡電路研究及應用"，碩±論文，電子 科技大學，2009)。
[0008] 第=種是波導-脊波導-微帶過渡。相對于標準波導，加脊波導頻帶寬、波導內電場 分布較為集中，因而決定了它能很好地完成從標準矩形波導到微帶過渡所需的場匹配和阻 抗匹配。但是該結構功能單一、體積大、頻率選擇性差，同時需要精確的機械加工，體積也較 大，不利于系統(tǒng)的小型化設計（周楊等，"脊波導到微帶過渡器的仿真設計"，實驗科學與技 術，第6卷，第5期，2008年10月）。
[0009] 第四種是波導-同軸探針-微帶過渡。采用一個波導同軸過渡結構將傳輸線從波導 轉換成同軸系統(tǒng)，再通過同軸微帶過渡結構完成轉換。但是該結構功能單一、頻率選擇性差 (宋志東等，"一種Ka波段寬帶波導-微帶轉換器的研制"，火控雷達技術，第43卷第4期(總第 170期），2014 年 12月）。
[0010] 現(xiàn)有的波導型罐線濾波器主要有W下幾種方式來實現(xiàn)：
[0011] 在金屬波導內加載帶有某種電路結構的介質基片，W實現(xiàn)其具有濾波特性的目 的。但是該結構在通帶外不能引入傳輸零點而使頻率選擇性及帶外抑制特性差(饒克謹等， "毫米波罐線濾波器的優(yōu)化設計"，電子學報，第6期，1988年11月）。

【發(fā)明內容】

[0012] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種小型化的且具有良好的頻率選擇性及帶 外抑制特性波導到微帶過渡結構。
[0013] 本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是:該具有濾波功能的波導到微帶過 渡結構包括金屬波導和插入到波導內部的介質基片。其中波導結構包括一端為短路結構矩 形金屬波導、約束腔和固定腔，所述一端為短路結構矩形金屬波導、約束腔及固定腔均為中 間為一定介質填充的導波結構，所述的固定腔和約束腔均在一端為短路結構矩形金屬波導 的寬邊某一位置處靠近短路端一側的位置處與其相連;介質基片包括從上到下依次層疊設 置的上金屬層、復合介質材料、下金屬層，所述上金屬層上印制有電路結構，所述電路結構 包括探針、阻抗變換器(可省略)和微帶線。所述的探針、阻抗變換器相連和微帶線依次相連 接。所述下金屬層上也印制有電路結構，所述電路結構包括周期性加載的金屬片;貫穿=層 的用于抑制能量泄漏的金屬化通孔。
[0014] 所述的一端為短路結構矩形金屬波導、約束腔和固定腔與介質基片共同組成具有 濾波功能的波導到微帶過渡，介質基片的上層電路形成波導到微帶過渡，探針伸入波導中 形成一個電探針，然后再經過一段高阻抗線使阻抗匹配到微帶線的特征阻抗，通過探針的 禪合作用把波導中的電磁場禪合到微帶線中去。介質基片穿過矩形波導，固定在固定腔上， 為基片提供了定位保證，同時增加了探針的禪合量。在介質基片的下金屬層上印制有周期 性的電路結構。
[0015] 進一步的是，所述介質基片下金屬層周期性電路任意兩個彼此相鄰的電路結構之 間形成一個諧振腔。
[0016] 進一步的是，所述介質基片上金屬電路中的探針的相對位置位于下金屬層周期性 電路的任意兩個電路結構的某一位置處。
[0017] 進一步的是，介質基片固定在一端為短路結構矩形金屬波導寬邊的某一位置處， 微帶線固定在約束腔底部的金屬上。
[0018] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明是在傳統(tǒng)波導到微帶過渡結構的基礎上，在不影響波 導到微帶過渡電磁能量傳輸特性的前提下，通過周期性結構加載使其具有了濾波特性。但 是運一發(fā)明所表現(xiàn)出的性能并不是兩種結構所具有功能的簡單疊加，而是在具有兩者性能 優(yōu)勢的基礎上，根據兩者的相互電磁作用而產生了更加優(yōu)越的性能。使傳統(tǒng)的波導到微帶 過渡結構具有濾波特性，提高了該結構的性能;縮小了結構的體積，提高了系統(tǒng)的集成性； 在阻帶內引入了多個傳輸零點，提高了器件的選擇性及帶外抑制特性。
【附圖說明】
[0019] 圖1是傳統(tǒng)的波導到微帶過渡結構及其傳輸特性；
[0020] 圖2是傳統(tǒng)的罐線濾波器結構及其傳輸特性；
[0021] 圖3是本發(fā)明實施例一所述的具有濾波功能的波導到微帶過渡整體結構圖；
[0022] 圖4是本發(fā)明實施例一所述的插入到波導內部的介質基片的橫截面示意圖；
[0023] 圖5是本發(fā)明實施例一所述的介質基片的俯視圖；
[0024] 圖6是本發(fā)明實施例一所述的介質基片的仰視圖；
[0025] 圖7是本發(fā)明實施例一所述的具有濾波功能的波導到微帶過渡的傳輸特性曲線；
[0026] 圖8是本發(fā)明實施例S所述的介質基片的俯視圖；
[0027] 圖9是本發(fā)明實施例六所述的介質基片的俯視圖；
[00%]圖中標記說明：波導1、一端為短路結構的矩形波導101、約束腔102、固定腔103、波 導短路面104、介質基片2、介質基片上層金屬201、探針2011、阻抗變換器2012、微帶線2013、 復合材料介質202、介質基片下層金屬203、周期性電路結構2031、2032、2033、2034、貫穿^ 層的用于抑制能量泄漏的金屬化通孔204。
【具體實施方式】
[0029] 下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的說明。
[0030] 本發(fā)明的具有濾波功能的波導到微帶過渡，包括波導、約束腔插入到波導內部的 介質基片，介質基片上印制有電路。下面結合幾個實施例具體說明。
[0031] 實施例一；
[0032] 如圖3所示，該具有濾波功能的波導到微帶過渡，包括從內到外依次為波導1、介質 基片2,所述波導1包括從前到后依次固定腔103、一端為短路結構的矩形波導101和約束腔 102,并依次相連，所述固定腔103在靠近波導短路面104的一側與一端為短路結構的矩形波 導101寬邊的某一位置處與其相連，約束腔102在靠近波導段路面104的一側與一端為短路 結構的矩形波導101寬邊的某一位置處與其相連。所述一端為短路結構的矩形波導101可W 采用多種規(guī)格的矩形波導或其他類型的波導實現(xiàn)，例如對于W波段的具有濾波功能的波導 到微帶過渡來講，所述一端為短路結構的矩形波導101采用WR-IO標準波導。
[0033] 如圖4所示，所述的介質基片2,包括從上到下依次層疊設置的上金屬層201、復合 材料介質202、下金屬層203,所述上金屬層上印制有電路結構，如圖5所示，所述電路結構包 括探針2011、阻抗變換器2012、微帶線2013,所述探針2011與阻抗變換器2012-端相連，阻 抗變換器的另一端與微帶線2013相連;所述下金屬層上印制有電路結構，如圖6所示，所述 電路結構為周期性電路結構2031、2032、2033、2034,每個電路單元之間依次相鄰。所述介質 基片2可W采用多種規(guī)格的介質基板實現(xiàn)，也可W根據工作頻段的不同而有所差異。
[0034] 在圖3中，介質基片位于一端為短路結構的矩形波導101的寬邊的某一位置處，伸 入約束腔102和固定腔103部分的介質基片2固定在約束腔102和固定腔103的底部。
[0035] 所述的波導1、介質基片2的上金屬層201和復合材料介質202構成波導到微帶過渡 結構。當探針2011位于波導E面的電場場強最強處時，可W在探針2011上激勵起較強的電 流，通過阻抗匹配器2012可W把探針2011的阻抗匹配到微帶線上，在較寬的頻帶內把電磁 能量較低損耗的傳輸至微帶線上。
[0036] 所述的波導1、介質基片2中處在波導1外部的上層金屬201、下層金屬203W及與周 期性加載的電路結構2031、2032、2033、2034、復合材料介質202和貫穿^層的用于抑制能量 泄漏的金屬化通孔204共同決定了該結構的頻率選擇性能。下金屬層203上彼此相鄰的兩個 周期性加載的電路結構2031、2032、2033、2034之間構成一個具有電磁諧振特性的諧振腔， 通過調節(jié)彼此相鄰