[发明专利]一种Ka波段矩形波导到基片集成波导的垂直过渡装置

说明书

技术领域

本发明属于微波毫米波集成领域，具体涉及一种ka波段的新型矩形波导到基片集成波导的过渡结构。

背景技术

基片集成波导技术是一种可集成于介质基片中的新型导波结构，具有低辐射、小型化、重量轻、易于实现无源和有源集成等特性。近年来，基片集成波导已经在滤波器、天线、过渡结构、耦合器、功分器、振荡器等微波毫米波组件或子系统得到了应用。

传统的矩形波导具有低损耗、易于测量、高Q值和功率容量高等优点，仍然在微波毫米波系统或器件中广泛应用。为便于基于基片集成波导结构的器件与基于波导结构的器件相连接，设计小型化高性能的过渡结构以实现矩形波导和基片集成波导之间的能量转换十分重要。

目前，基片集成波导与标准矩形波导间的过渡结构主要有两种方式：垂直过渡和水平过渡。水平过渡结构具有工作频带宽、体积大等特点。垂直过渡结构具有带宽相对较窄、结构相对紧凑的特点。在导引或接收前端的应用领域，要求系统的体积尽可能紧凑。因此，设计出工作频段宽、易于实现的垂直型的过渡结构具有非常重要的实用意义。夏雷等人在专利“一种用于ka波段矩形波导转基片集成波导的装置”(申请号：201610131704.1，申请日期：2016.03.08，授权公告号：CN 105609909 A，申请公布日：2016.05.25)中提出了由矩形波导1、第一谐振腔2、基片集成波导4、第二谐振腔3组成的结构。通过谐振腔上耦合孔，可以实现电磁波从矩形波导到基片集成波导的过渡。背靠背结构测试结果表明：在31.8GHz～37.8GHz频率范围内，回波损耗优于13dB，插入损耗约为2.5dB。显然，该结构损耗较大，在工程实用具有一定的应用限制。

发明内容

本发明提出了一种Ka波段矩形波导到基片集成波导的过渡装置，具有插入损耗小、工作频带宽、结构简单紧凑等特点。

本发明采取的技术方案是：一种Ka波段矩形波导到基片集成波导的过渡装置，包括从下至上依次设置的基片集成波导、过渡波导、矩形波导。

所述基片集成波导包括介质基片、设置于介质基片上下表面的上金属片和下金属片、以及连接上下金属片的金属化通孔阵列。

所述上金属片设置有一基片集成波导腔体，基片集成波导腔体内包含一个矩形凹槽，且矩形凹槽尺寸与过渡波导下端尺寸相同。

所述金属化通孔阵列包括沿基片集成波导两侧且各呈一排对称分布的若干个金属化通孔、围绕矩形凹槽三侧面呈C形分布的若干个金属化通孔、以及矩形凹槽正下方的构成矩形感性环的若干个金属化通孔。

进一步地，所述构成矩形感性环的若干个金属化通孔两两相交。

进一步地，所述过渡波导由下方的过渡矩形波导和截面呈倒直角梯形的波导结构组成。

进一步地，所述基片集成波导上还设置有两个电感柱，对称分布于基片集成波导两侧的两排金属化通孔内侧。

进一步地，所述矩形波导是WR-28型矩形波导，尺寸为7.112mm×3.556mm。

进一步地，所述介质基片相对介电常数为2.2，损耗正切值为0.009，厚度为0.508mm。

进一步地，所述设置于介质基片上表面和下表面的金属片为金属铜，厚度优选为18um。

本发明的有益效果是：本发明提供的用于Ka波段矩形波导转基片集成波导的装置，采用直角结构实现矩形波导到基片集成波导的过渡。电磁波从基片集成波导的左侧输入，能量通过矩形凹槽从基片集成波导耦合到过渡波导中，再从过渡波导传播到标准波导中进行输出。通过引入矩形凹槽、矩形感性环、电感柱和直角梯形过渡波导等结构，有效扩展工作带宽，同时兼具小型化与低插损的优点。设计结果表明：该装置在32.9GHz-39GHz频率范围内，回波损耗优于20dB，带宽较宽，达到6.1GHz，相对带宽为17.4％。与现有技术的小型化直角型过渡装置相比，本发明提供的装置工作频带得到了有效扩展，且体积紧凑、结构简单，加工方便，便于大规模生产，值得在业内推广。

附图说明

图1为引用专利的过渡装置的结构图；

图2为本实施例提供的矩形波导到基片集成波导的过渡装置的结构图；

图3为本实施例提供的过渡装置中基片集成波导的俯视图；

图4为本实施例提供的矩形波导到基片集成波导的过渡装置的侧视图；

图5为本实施例提供的过渡装置中阶梯波导和矩形波导的俯视图；

图6为本实施例提供的矩形波导到基片集成波导的过渡装置的S参数仿真图。

具体实施方式