阅读说明：本技术 一种圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构 (Radial transition conversion structure of circular waveguide and rectangular waveguide ) 是由 王宸星 刘凯 于 2019-11-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构,包括圆波导与径向波导过渡体、径向波导与矩形波导过渡体；圆波导与径向波导过渡体包括在圆波导的端壁设置有匹配圆台,匹配圆台的圆心与圆波导的横截面的圆心重合,并且匹配圆台的半径小于圆波导的横截面的半径,在圆波导的圆弧侧壁面径向向外延伸出第一过渡波导；径向波导与矩形波导过渡体包括与第一过渡波导的出口连接、径向延伸且开口宽度渐宽的第二过渡波导,第二过渡波导的出口连接输出矩形波导。本发明通过圆波导与矩形波导的径向过渡结构实现了圆波导TE01模式与矩形波导TE10模式之间的相互转换,具有结构统一,幅度相位一致性好、低损耗、输出端口之间隔离度大的特点。(The invention discloses a radial transition conversion structure of a circular waveguide and a rectangular waveguide, which comprises a circular waveguide and radial waveguide transition body, a radial waveguide and a rectangular waveguide transition body; the circular waveguide and radial waveguide transition body comprises a matching circular truncated cone arranged on the end wall of the circular waveguide, the circle center of the matching circular truncated cone is overlapped with the circle center of the cross section of the circular waveguide, the radius of the matching circular truncated cone is smaller than that of the cross section of the circular waveguide, and a first transition waveguide extends out of the circular arc side wall surface of the circular waveguide in the radial direction; the radial waveguide and rectangular waveguide transition body comprises a second transition waveguide which is connected with the outlet of the first transition waveguide, extends radially and has a gradually widened opening width, and the outlet of the second transition waveguide is connected with the output rectangular waveguide. The invention realizes the mutual conversion between the TE01 mode of the circular waveguide and the TE10 mode of the rectangular waveguide through the radial transition structure of the circular waveguide and the rectangular waveguide, and has the characteristics of uniform structure, good amplitude phase consistency, low loss and high isolation between output ports.)

一种圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构

技术领域

本发明涉及毫米波通信领域，尤其涉及一种圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构。

背景技术

当圆波导向多个矩形波导进行转换时，需要考虑电磁波信号能够从圆波导中均匀的分配到各个矩形波导中，并且从圆波导向多个矩形波导转换过程中要具有良好过渡特性，这样才能保证电磁波在转换体中传播时具有良好的回波损耗特性、隔离特性等，这是需要进行优化设计的。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构，解决现有技术中径向波导功率分配器的各支路的幅度相位不一致、损耗高以及各支路输出端口隔离度低的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构，包括圆波导与径向波导过渡体、径向波导与矩形波导过渡体；所述圆波导与径向波导过渡体包括在所述圆波导的端壁设置有匹配圆台，所述匹配圆台的圆心与圆波导的横截面的圆心重合，并且所述匹配圆台的半径小于所述圆波导的横截面的半径，在所述圆波导的圆弧侧壁面径向向外延伸出第一过渡波导；所述径向波导与矩形波导过渡体包括与所述第一过渡波导的出口连接、径向延伸且开口宽度渐宽的第二过渡波导，所述第二过渡波导的出口连接输出矩形波导。

优选的，所述圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构沿所述圆波导的周向均匀分布有2N个，N≥1，相邻的所述圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构之间留有间距。

优选的，所述第一过渡波导的宽度W₁与所述圆波导的半径R₁满足关系W₁＝2R₁sin(θ/2)，其中θ为所述第一过渡波导对应在圆波导的弧度角，并且满足θ＜180°/N。

优选的，在所述第一过渡波导的入口处加载薄膜电阻。

优选的，所述薄膜电阻为在陶瓷介质板上涂有耗阻性材料TaN，所述陶瓷介质板厚度为0.127mm，耗阻性材料TaN为长条形。

优选的,N＝4，所述圆波导的半径R₁＝3.74mm，第一过渡波导的宽度W₁＝0.94mm，长度为2.52mm；第二过渡波导的宽度W₂＝1.88mm，长度为12mm。

优选的，N＝8，所述圆波导的半径R₁＝3.74mm，第一过渡波导的宽度W₁＝0.94mm，长度为2.52mm；第二过渡波导的宽度W2＝1.88mm，长度为12mm。

本发明的有益效果是：本发明公开了一种圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构，包括圆波导与径向波导过渡体、径向波导与矩形波导过渡体；圆波导与径向波导过渡体包括在圆波导的端壁设置有匹配圆台，匹配圆台的圆心与圆波导的横截面的圆心重合，并且匹配圆台的半径小于圆波导的横截面的半径，在圆波导的圆弧侧壁面径向向外延伸出第一过渡波导；径向波导与矩形波导过渡体包括与第一过渡波导的出口连接、径向延伸且开口宽度渐宽的第二过渡波导，第二过渡波导的出口连接输出矩形波导。本发明通过圆波导与矩形波导的径向过渡结构实现了圆波导TE01模式与矩形波导TE10模式之间的相互转换，具有结构统一，幅度相位一致性好、低损耗、输出端口之间隔离度大的特点。

附图说明

图1是根据本发明圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构一实施例的结构示意图；

图2是根据本发明圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构另一实施例中的圆波导与径向波导过渡体结构示意图；

图3是根据本发明圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构另一实施例中的径向波导与矩形波导过渡体的结构示意图；

图4是根据本发明圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构另一实施例的结构图；

图5是根据本发明圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构另一实施例中的结构图；

图6是根据本发明圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构另一实施例中的仿真图；

图7是根据本发明圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构另一实施例中的介质板以及薄膜电阻的示意图；

图8是根据本发明圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构另一实施例中的薄膜电阻的结构图；

图9是根据本发明圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构另一实施例中加入薄膜电阻后的仿真图；

图10是根据本发明圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构另一实施例中的结构图；

图11是根据本发明圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构另一实施例中的仿真图；

图12是根据本发明圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构另一实施例中的S参数仿真图；

图13是根据本发明圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构另一实施例中的相位仿真图；

图14是根据本发明圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构另一实施例中的仿真图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图3所示，圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构1包括圆波导与径向波导过渡体101、径向波导与矩形波导过渡体102。圆波导与径向波导过渡101包括在圆波导2的端壁设置的匹配圆台201，匹配圆台201用于实现模式转换；匹配圆台201的圆心与圆波导2的横截面的圆心重合，并且匹配圆台201的半径小于圆波导2的横截面的半径，在圆波导2的圆弧侧壁面径向向外延伸出第一过渡波导3。

径向波导与矩形波导过渡体102包括与第一过渡波导3的出口连接、径向延伸且开口宽度渐宽的第二过渡波导4，第二过渡波导4的出口连接输出矩形波导5。

当圆波导2作为输入端口时，激励圆波导2的TE01模式，经过圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构到矩形波导5输出，此时矩形波导5输出的模式为矩形波导主模TE10模式，由于圆波导TE01模式的波导壁不存在纵向电流，只存在圆周方向的表面电流，导体损耗较小。同样，该圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构也可将矩形波导5作为输入端口，圆波导2作为输出端口。

优选的，圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构1沿圆波导2的周向均匀分布有2N个，N≥1，相邻的圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构之间留有间距。

在图4中，第一过渡波导3(减高波导)度W₁与圆波导的半径R₁满足关系W₁＝2R₁ sin(θ/2)，其中θ为第一过渡波导3对应在圆波导2的弧度角，并且满足θ＜180°/N。第二过渡波导4的出口的宽度W₂与矩形波导5的窄边的宽度相等。

作为本发明的一实施例，N＝4，结合图5，圆波导2的半径R₁为3.74mm，匹配圆台201的半径r为1.6，高度h为1.3mm；第一过渡波导3的宽度W₁＝0.94mm，第一过渡波导3的径向长度L1为2.52mm。第二过渡波导4(减高波导与全高波导过渡波导)的输入口的宽度与第一过渡波导3的宽度相等，其大小为0.94mm；第二过渡波导4的输出口的宽度W₂与矩形波导5的窄边的宽度相等，即W₂＝1.88mm；第二过渡波导4的径向长度L2为15mm；第一过渡波导3与第二过渡波导4的长边长度均与输出的矩形波导的长边长度一致，均为3.759mm,矩形波导5的径向长度L3为12mm。

如图6所示，对该实施例的其中的一个圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构进行模型仿真，默认圆波导内只存在TE01模式。可以看出，可以看出，在53-75GHz范围内，回波损耗基本低于-20dB,在整个V波段范围(50-75GHz)内，回波损耗基本在-15dB以下。

如图7所示，在该实施例的基础上，为了改善矩形波导输出端口的隔离度，在第一过渡波导3的入口的中间处加载薄膜电阻7，薄膜电阻7为在陶瓷介质片8的两面涂有的耗阻性材料TaN。

如图8所示，陶瓷介质板8的长度为3.76mm，宽度为1.20mm，厚度为0.25mm；薄膜电阻7为一长条形涂在陶瓷介质片的中间表面，薄膜电阻7的横向宽度为1.20mm，纵向长度为0.40mm。

如图9所示，对加载薄膜电阻前后的隔离度进行仿真，可以看出，在加载薄膜电阻后，相邻矩形波导输出端口之间的隔离度由6dB提高到18dB。

如图10所示，作为本发明的另一实施例，当N＝8时，圆波导与矩形波导的径向过渡结构1以圆波导为中心在圆波导2的径向分布有16个；每个圆波导与矩形波导的径向过渡结构1的形状和尺寸与N＝4时的形状和尺寸相同。

如图11所示，可以看出，在整个V波段范围内，16路圆波导与矩形波导的径向过渡结构的回波损耗基本在-20dB以下，***损耗基本小于0.15dB。

将16路圆波导与矩形波导的径向过渡结构与模式转换器连接后，以模式转换器的矩形波导作为输入端口，将16路圆波导与矩形波导的径向过渡结构的矩形波导作为输出端口进行仿真测试。

结合图12至图14，可以看出，在52GHz-68GHz范围内，16路圆波导与矩形波导的径向过渡结构的回波损耗低于-18dB，在55GHz-65GHz范围内，dBS(1，1)基本低于-20dB，***损耗在12.4dB以内，输出分支之间的幅度相位的一致性在±0.3dB内，具有良好的相位一致性。16路圆波导与矩形波导的径向过渡结构的物理结构具有对称性，故具有低损耗、幅度相位一致性良好的优点，各输出支路之间也可以通过加载薄膜电阻来增加输出支路之间的隔离度。

本发明的有益效果是：本发明公开了一种圆波导与矩形波导的径向过渡转换结构，包括圆波导与径向波导过渡体、径向波导与矩形波导过渡体；圆波导与径向波导过渡体包括在圆波导的端壁设置有匹配圆台，匹配圆台的圆心与圆波导的横截面的圆心重合，并且匹配圆台的半径小于圆波导的横截面的半径，在圆波导的圆弧侧壁面径向向外延伸出第一过渡波导；径向波导与矩形波导过渡体包括与第一过渡波导的出口连接、径向延伸且开口宽度渐宽的第二过渡波导，第二过渡波导的出口连接输出矩形波导。本发明通过圆波导与矩形波导的径向过渡结构实现了圆波导TE01模式与矩形波导TE10模式之间的相互转换，具有结构统一，幅度相位一致性好、低损耗、输出端口之间隔离度大的特点。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。