阅读说明：本技术 一种脊波导到同轴过渡的结构 (Ridge waveguide-to-coaxial transition structure ) 是由 张勇 汪涵 余彩云 王莉 于 2020-05-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种脊波导到同轴过渡的结构,包括上腔体、下腔体、上盖,以及置于上腔体和下腔体内的单脊波导组件和同轴传输组件,上腔体和下腔体将单脊波导组件封装在内,单脊波导组件包括感性的金属脊和容性的金属板,通过采用单脊波导电路结构再在波导的短路面的1/4波长处连接同轴传输组件,信号能量通过单脊波导传播,并通过金属脊与同轴传输组件的交汇处,最后实现波导到同轴传输组件的过渡传输,该结构可以做各种功率合成的波导到同轴的转换结构；这种新型单脊波导到同轴的过度结构与传统的波导到同轴结构相比,拥有结构紧凑、插入损耗低、频段宽等特点,且本发明的结构简单,易于实现,在多个波段功率合成中具有良好的应用前景。(The invention discloses a structure for transition from ridge waveguide to coaxial, which comprises an upper cavity, a lower cavity, an upper cover, a single ridge waveguide component and a coaxial transmission component, wherein the single ridge waveguide component and the coaxial transmission component are arranged in the upper cavity and the lower cavity; compared with the traditional waveguide-to-coaxial structure, the novel transition structure from single-ridge waveguide to coaxial has the characteristics of compact structure, low insertion loss, wide frequency band and the like, and the novel transition structure from single-ridge waveguide to coaxial has a simple structure, is easy to realize, and has a good application prospect in power synthesis of multiple wave bands.)

一种脊波导到同轴过渡的结构

技术领域

本发明涉及微波传输过渡结构的技术领域，具体而言，涉及一种脊波导到同轴过渡的结构。

背景技术

微波在通信、雷达、制导、遥感技术、射电天文学和波谱学方面都有重大的意义。近年来，随着现代通信系统的快速发展，对微波发射系统的性能要求与日俱增。收发器前端作为通信系统中的重点研究对象，其功率的提高会使通信系统在抗干扰、作用距离和通信质量三方面拥有更好的性能表现。如何为其提供稳定的大功率微波一直是该研究领域中的重要课题。

固态功率器件是在工程中最常使用的功率器件之一，它拥有易于安装、集成和维护等优点。同时其工作电压也较低，在使用寿命和稳定性上相较于电真空器件更可靠。但是相较于发射机动辄几十乃至上百瓦的输出功率需求，现有的半导体材料和制造工艺限制了单个固态芯片的输出功率和转换效率，严重制约了通信系统的发展。因此，科研人员一方面探索和研究新的半导体材料和加工工艺，增加单个功率器件的输出功率。另一方面，通过运用功率合成技术，将多个放大器的输出功率叠加合成来提高输出能力。目前对宽带高效的功率合成技术的研究成为了毫米波、亚毫米波研究领域中的热门问题。

针对现有的功率合成体积较大的问题出现了用脊波导代替矩形波导，功率合成结构出现了同轴径向合成结构，然而脊波导到同轴过渡并没有得到有效的解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种脊波导到同轴过渡的结构，其针对上述问题，提出了一种单脊波导到同轴过渡结构，其具有体积小，频带宽，易于实现等特点，在微波功率合成器中具有良好的应用前景。

本发明的实施例是这样实现的：

一种脊波导到同轴过渡的结构，其包括上腔体、下腔体、上盖，以及置于上腔体和下腔体内的单脊波导组件和同轴传输组件，上腔体和下腔体相互匹配闭合并密封，形成完整的波导结构，单脊波导组件包括感性的金属脊和容性的金属板，金属脊的一端为输入端且同轴传输组件的顶端为输出端，金属板连接在金属脊的另一端且与金属脊宽带阻抗匹配，同轴传输组件连接在金属脊与金属板连接处的顶部，上盖连接在同轴传输组件的顶端。

在本发明较佳的实施例中，从上述金属脊至的同轴传输组件过渡的结构中，脊波导的波在金属脊与脊波导其它边界的空隙中传播，同轴传输组件的连接位置在波导短路面前的1/4波长处。

在本发明较佳的实施例中，波在上述脊波导中传播时，从金属脊至同轴传输组件，由金属脊内的主模TE10模转换到同轴传输组件中的TEM模，使得脊波导的单模工作频带宽转为倍频程带宽。

在本发明较佳的实施例中，上述同轴传输组件的顶端呈杆状，同轴传输组件的底端设置为圆柱状，且在该圆柱的顶部设置有同轴不等径的的圆柱，使得在同轴传输组件的周向上形成多级阶梯。

在本发明较佳的实施例中，上述金属板的厚度小于金属脊，金属板呈缺角的三棱柱状，金属板的缺角一端与金属脊连接，金属板的三棱柱结构另两个角朝向金属脊的两侧。

在本发明较佳的实施例中，上述上腔体设置有与同轴传输组件相配合的插孔，同轴传输组件的顶端穿过插孔后，上盖将同轴传输组件密闭封装，上腔体和下腔体将金属脊和金属板密封在内，使得单脊波导形成封闭波导，以减少能量泄露。

在本发明较佳的实施例中，上述上腔体连接在下腔体的顶部，且连接处的上腔体底部和下腔体顶部分别设置为平整光滑面，使得上腔体和下腔体形成严密的屏蔽腔，上腔体和下腔体的腔体内壁为平整光滑面，以减小脊波导的功率损耗。

在本发明较佳的实施例中，上述金属脊和金属板为一体成型，同轴传输组件的底端与金属脊和金属板螺纹匹配连接。

本发明的有益效果是：

本发明通过将金属脊作为单脊波导同时也为输入端口，将同轴传输组件作为输出端口，使得波能量从金属脊传输到同轴传输组件完成一个过渡，能量先从单脊波导中传输到同轴传输组件与脊波导的交汇处，然后转换模式由TE10模到TEM模，再在同轴传输组件中传输；该结构具有矩形波导所不具备的特性，能够在单脊波导实际中应用和测试，实现同轴-脊波导的转换，方便使用，能够在宽带波导系统得到广泛应用，具有较大的实用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。

图1为本发明脊波导到同轴过渡的结构的立体图；

图2为本发明单脊波导组件和同轴传输组件的立体图；

图3为本发明脊波导到同轴过渡的结构的俯视透视图；

图4为本发明脊波导到同轴过渡的结构的侧视透视图；

图5为本发明脊波导到同轴过渡的结构回波损耗仿真图；

图6为本发明脊波导到同轴过渡的结构传输损耗仿真图；

图标：1-上腔体；2-下腔体；3-上盖；4-金属脊；5-金属板；6-同轴传输组件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和表示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种脊波导到同轴过渡的结构，其包括上腔体1、下腔体2、上盖3，以及置于上腔体1和下腔体2内的单脊波导组件和同轴传输组件6，其中，上腔体1和下腔体2将单脊波导组件封装在内，而上盖3将同轴传输组件6封装在上腔体1的顶部，单脊波导组件包括感性的金属脊4和容性的金属板5，该结构通过单脊波导组件到同轴传输组件6过渡的传输结构实现波在不同传输线中进行传输，该过渡结构，减小了功率合成器件的体积，提高了带宽，具体微波电路根据频率要求不同，过渡结构的具体尺寸也不同。

上腔体1和下腔体2相互匹配闭合并密封，形成完整的波导结构，上腔体1和下腔体2的整体厚度为1.27mm，整体长度为3.5mm，上腔体1和下腔体2关于整体结构的中心线对称，上腔体1连接在下腔体2的顶部，且连接处的上腔体1底部和下腔体2顶部分别设置为平整光滑面，使得上腔体1和下腔体2形成严密的屏蔽腔，上腔体1的底面和下腔体2的顶面分别向内凹设有腔体空间，且上腔体1和下腔体2的腔体空间的内壁为平整光滑面，单脊波导组件和同轴传输组件6的底端封装在其内，该设置以减小脊波导的功率损耗，上腔体1的四角处和下腔体2的四角处分别设置有位置相对的螺纹孔，该螺纹孔分别将上腔体1和下腔体2的顶底两面连通，通过使用螺钉穿过螺纹孔将上腔体1和下腔体2紧密地固定；上腔体1和下腔体2连接并将金属脊4和金属板5封装在内，封装金属脊4部分的上腔体1和下腔体2的长度为3.5mm，宽度为1.8mm，封装金属板5部分的上腔体1和下腔体2的长度为2mm，宽度为3.5mm。

请参照图2，金属脊4和金属板5为一体成型的结构，金属脊4的一端为输入端且同轴传输组件6的顶端为输出端，金属脊4的该端位于上腔体1的端面上，金属板5连接在金属脊4的另一端且与金属脊4宽带阻抗匹配，金属板5的厚度小于金属脊4，金属板5呈缺角的三棱柱状，金属板5的缺角一端与金属脊4连接，金属板5的三棱柱结构另两个角朝向金属脊4的两侧，该两个角的度数为57°，金属脊4的长度为3.5mm且宽度为1.1mm，其厚度为1.025mm，金属脊4整体呈长方体状且与金属板5连接的一端顶部凹设有连接同轴传输组件6底端螺纹孔和螺纹，金属板5的一端宽度为1.1mm，其另一端宽度为2.8mm，金属板5的厚度为0.6mm，金属板5与金属脊4连接的一端顶部设置有与同轴传输组件6底端匹配的螺纹孔，使得同轴传输组件6的底端通过螺纹连接至金属脊4和金属板5连接处的顶部；从金属脊4至的同轴传输组件6过渡的结构中，脊波导的波在金属脊4与脊波导其它边界的空隙中传播，同轴传输组件6的连接位置在波导短路面前的1/4波长处，该设置使得波在脊波导中传播时，从金属脊4至同轴传输组件6，由金属脊4内的主模TE10模转换到同轴传输组件6中的TEM模，使得脊波导的单模工作频带宽转为倍频程带宽，脊波导的这个特性是矩形波导所不具备的。

请参照图3和图4，同轴传输组件6的顶端呈杆状，同轴传输组件6的底端设置为圆柱状，且在该圆柱的顶部设置有同轴不等径的的圆柱，使得在同轴传输组件6的周向上形成一级阶梯，同轴传输组件6的高度为1.625mm，其顶端的直径为0.2mm，其底部直径为0.5mm，同轴传输组件6底端的一级阶梯处同轴圆柱的直径为0.4mm且高度为0.1mm，同轴传输组件6底端的结构与上腔体1相互匹配，本实施例的同轴传输组件6的底端为SMA接头或者TNC接头，根据实际的使用和测试情况进行选择，同轴传输组件6通过SMA接头连接在金属脊4与金属板5连接处的顶部，同轴传输组件6与金属脊4电连通，使得波能够从金属脊4内传输至同轴传输组件6内；上腔体1设置有与同轴传输组件6底端相配合的插孔，其形状正好贴合，且贴合处的上腔体1内壁为平整光滑面，同轴传输组件6的顶端穿过插孔后，上盖3连接在同轴传输组件6的顶端，上盖3的高度为0.955mm，上盖3的直径为0.6mm，上盖3将同轴传输组件6密闭封装，同时上腔体1和下腔体2将金属脊4和金属板5密封在内，使得单脊波导形成封闭波导，以减少能量泄露。

通过调整金属脊4的宽度，高度，容性金属板5的厚度及形状和长度，使得S(1，1)最优，优化得到金属脊4到同轴传输组件6之间阶梯阻抗变化要尽可能的少，以免造成加工的困难，加工时，脊波导的镀金属层需要根据所用的脊波导的材料和实际工作频率进行计算，减小趋肤效应带来的影响，本实施例中的各参数和数据如上述，本实施例在85GHz-115GHz，设计的尺寸比常规应用于该频段的宽度要小0.74mm，且相对带宽更宽，本实施例的仿真结果如图5和图6。

综上所述，本发明实例通过将金属脊作为单脊波导同时也为输入端口，将同轴传输组件作为输出端口，使得波能量从金属脊传输到同轴传输组件完成一个过渡，能量先从单脊波导中传输到同轴传输组件与脊波导的交汇处，然后转换模式由TE10模到TEM模，再在同轴传输组件中传输；该结构具有矩形波导所不具备的特性，能够在单脊波导实际中应用和测试，实现同轴-脊波导的转换，方便使用，能够在宽带波导系统得到广泛应用，具有较大的实用价值。

本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。