阅读说明：本技术 矩形波导工字形隔离网络双微带转换器 (Rectangular waveguide I-shaped isolation network double-microstrip converter ) 是由 党章 朱海帆 李凯 张能波 胡顺勇 黄建 于 2021-07-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开的一种矩形波导工字形隔离网络双微带转换器,传输损耗小,工作频带宽,隔离度高。属于微波器件领域。本发明通过下述技术方案实现：在矩形波导体前后两侧宽边上,以矩形波导腔中心为对称面制出插槽,作为转换器的输出的两组微带线通过上述对称面插槽,分别垂直互联在矩形波导体中的两条互为平行的阻抗调配线上,两个镜像对称的微带探针相连阻抗调配线,伸入到矩形波导腔中,两条阻抗调配线分别通过两组微带线的垂足连通工字形隔离网络,将实现了等幅同相转换的射频信号传输至两组微带线中,从而实现波导与微带的转换。研制结果表明:本发明在13～17GHz频段范围内插入损耗小于0.3dB,相对带宽分别可达30％与27％。(The rectangular waveguide I-shaped isolation network double-microstrip converter disclosed by the invention has the advantages of small transmission loss, wide working frequency band and high isolation degree. Belongs to the field of microwave devices. The invention is realized by the following technical scheme: slots are formed on the front and rear side wide edges of the rectangular waveguide body by taking the center of the rectangular waveguide cavity as a symmetrical plane, two groups of microstrip lines as the output of the converter are respectively and vertically interconnected on two parallel impedance matching lines in the rectangular waveguide body through the slots of the symmetrical plane, two microstrip probes in mirror symmetry are connected with an impedance matching line and extend into the rectangular waveguide cavity, the two impedance matching lines are respectively communicated with an I-shaped isolation network through the vertical feet of the two groups of microstrip lines, and radio-frequency signals realizing equal-amplitude in-phase conversion are transmitted to the two groups of microstrip lines, so that the conversion of the waveguide and the microstrip is realized. Research results show that the insertion loss of the invention is less than 0.3dB in the frequency range of 13-17 GHz, and the relative bandwidth can respectively reach 30% and 27%.)

矩形波导工字形隔离网络双微带转换器

技术领域

本发明属于微波器件领域，特别涉及一种应用于通信、雷达、遥测遥感、工业生产等领域高隔离度的波导微带转换技术。

背景技术

波导与微带是现有微波电路中十分常用的传输线形式。由于波导和微带中传输射频信号必须通过波导-微带的过渡装置来完成，因此，设计宽频带、低损耗的波导-微带的转换装置，是十分必要的。具体的转换方式主要为以下三种形式：脊鳍转换结构，波导-同轴-微带线转换结构，波导-微带探针转换结构。对于前两种转换方式，波导和微带处于同一方向，所占空间较大；而对于第三种转换方式，波导与微带相互正交，具有无需焊接，安装方便，而且所占空间较小的优点，从而成为微波电路设计中常用的一种方式。波导微带转换器是微波系统中应用较多的器件之一，其主要功能是实现微波信号在波导与微带两种不同传输线间的过渡。整个过程中力求微波信号的损耗与反射尽量小。由于矩形波导具备低损耗与高功率容量的特点，微带线作为平面电路易于集成半导体器件，因而波导微带转换器的主要作用是将两者的优点结合起来。波导微带转换器的电路形式多种多样，常见的如探针电场耦合，磁环耦合，脊波导过渡等。实际工程应用中往往需要在有限的空间内集成多个半导体器件，因此需要在矩形波导中设计多个对称分布的微带过渡电路来实现多路信号同时转换。这种多路一次性波导微带转换器具有电路形式紧凑，插入损耗小等优点，被广泛的应用在各种微波系统中。但由于这种在矩形波导内单纯插入微带电路的转换器缺少隔离电路，造成各微带支路间的隔离度理论上只有6dB，难以应用于相控阵馈线网络，平衡混频，高功率合成等对通道间隔离度有较高要求(通常要求≥15dB)的系统中。

现有的对于矩形波导双微带转换器，在矩形波导同一侧宽边插入两个按该边中心对称分布的微带探针2，由于探针平行于其中传输的TE₁₀模式电场力线，实现了波导与微带线间信号的高效率转换。同时由于是插入了两个微带探针2并且对称，因此，矩形波导中的微波信号被等分过渡至了两路微带线中；在矩形波导双微带转换器的电路性能中，除了所述的分配转换特性以外，往往还需要微带端口之间具有良好的隔离度，即要求两个微带线的微波信号不能互相进入对方的微带线中。而现有的对于矩形波导双微带转换器，由于缺乏隔离装置，导致两个微带线在插入矩形波导中的微带探针2处产生射频信号互耦，从而无法达到隔离的目的。

为了实现在波导和微带线之间的转换过程中减小插入损耗，现有技术采取的手段是在波导内插入与电场平行的探针。现有已知的提升隔离度的相关技术，例如申请号为202010380303.6的专利申请中公开了一种增加射频多通道间隔离度的方法及装置，针对多个通道设计在一块PCB板上的情形，通过在射频通道间增加微带谐振结构，利用微带谐振谐振腔特性，吸收通道间泄漏的微波信号，降低泄漏信号的能量，从而实现提高通道间隔离度的效果；但是该专利采用物理空间隔离的方式增加隔离度，仅针对泄露到空间中的信号阻断，并不适用于矩形波导双微带过渡电路的传输隔离，并且隔离度效果提升有限。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种传输损耗小，工作频带宽，隔离度高的矩形波导双微带转换器，通过在两路微带线之间插入工字形的隔离网络。

本发明采用的技术方案为：一种矩形波导工字形隔离网络双微带转换器，包括：制有盲槽的矩形波导体，作为转换器输入的终端制有波导短路面6的矩形波导腔1，借助矩形波导体一侧宽边上的插槽，以悬臂的方式插入矩形波导腔1中的介质基板7，其特征在于：在矩形波导体前后两侧宽边上，制有以矩形波导腔1中心为对称面的插槽，作为转换器的输出的两组微带线4通过上述对称面插槽，分别垂直互联在矩形波导体1中的两条互为平行的阻抗调配线3上，两个镜像对称的微带探针2相连阻抗调配线3，伸入到矩形波导腔1中，两条阻抗调配线3分别通过两组微带线4的垂足连通工字形隔离网络5，将实现了等幅同相转换的射频信号传输至两组微带线4中，从而实现波导与微带的转换。

本发明的有益效果：

本发明采用制有盲槽的矩形波导体，作为转换器输入的矩形波导腔1，借助矩形波导体一侧宽边上的插槽，以悬臂的方式插入矩形波导腔1中的介质基板7，将两个微带线在插入矩形波导中的微带探针2处产生的互耦信号进行抵消与分流，从而实现两路微带转换支路间隔离。并且隔离网络形式结构简单紧凑、频带宽、加工与装配方便。

本发明在矩形波导体前后两侧宽边上，制有以矩形波导腔1中心为对称面的插槽，作为转换器的输出的两组微带线4通过上述对称面插槽，分别垂直互联在矩形波导体1中的两条互为平行的阻抗调配线3上，两个镜像对称的微带探针2相连阻抗调配线3，伸入在矩形波导体1中，损耗小，频带宽。研制结果表明:转换器在13～17GHz频段范围内插入损耗小于0.3dB，输入波导端和输出微带端回波优于-15dB的相对带宽分别可达30％与27％。

本发明采用两条阻抗调配线3分别通过两组微带线4的垂足连通工字形隔离网络5，将实现了等幅同相转换的射频信号传输至两组微带线4中，实现波导与微带的转换；通过在两路微带线之间插入工字形的隔离网络，将两个微带线在插入矩形波导中的微带探针2处产生的互耦信号进行抵消与分流，从而实现矩形波导双微带转换器中两路微带线间隔离，提升了矩形波导双微带转换器的整体性能指标。研制结果表明,两个微带端口间隔离度高于15dB的相对带宽高达36％。

附图说明

图1为本发明矩形波导工字形隔离网络双微带转换器剖视图；

图2是图1的Ⅰ-Ⅰ向剖视图；

图3是图2工字形隔离网络信号流向图；

图4为本发明矩形波导双微带转换器的端口回波、端口传输、隔离度效果曲线示意图。

图中：1矩形波导腔，2微带探针，3阻抗调配线，4微带线，5工字形隔离网络，6波导短路面，7介质基板。

以下结合附图对本发明的内容做进一步的阐述：

具体实施方式

参阅图1、图2。在以下描述的优选实施例中，一种矩形波导工字形隔离网络双微带转换器，包括：制有盲槽的矩形波导体，作为转换器输入的终端制有波导短路面6的矩形波导腔1，借助矩形波导体一侧宽边上的插槽，以悬臂的方式插入矩形波导腔1中的介质基板7，其特征在于：在矩形波导体前后两侧宽边上，制有以矩形波导腔1中心为对称面的插槽，作为转换器的输出的两组微带线4通过上述对称面插槽，分别垂直互联在矩形波导体1中的两条互为平行的阻抗调配线3上，两个镜像对称的微带探针2相连阻抗调配线3，伸入到矩形波导腔1中，两条阻抗调配线3分别通过两组微带线4的垂足连通工字形隔离网络5，将实现了等幅同相转换的射频信号传输至两组微带线4中，从而实现波导与微带的转换。

介质基板选用介电常数为3.48-3.6，材料为Rogers 4350B，其厚度为0.508mm-1.2mm。微带线的厚度为0.035mm。可以计算出当频率为12GHz-18GHz时，两组微带线4的阻抗特性为50Ω的宽度为1.13mm-2.94mm。

以所述矩形波导1同一侧宽边的中心为对称面，设置两个对称分布的微带探针2对其中的射频信号进行耦合。两个微带探针2借助插入矩形波导1中的介质基板7上的对称阻抗调配线3，将耦合的射频信号传输至两个微带线4中，实现双微带等幅同相转换，从而实现终端制有波导短路面6的矩形波导腔1与双微带的过渡；由于所述转换器的双微带线4在结构上对称于矩形波导1，进而实现了等幅同相转换。

连通两组微带线的工字形隔离网络5，用于提升微带线间的隔离度，两组微带线4通过矩形波导腔体前后相向对称插槽连接阻抗调配线3与工字形隔离网络5；探针一端通过在波导面的开窗深入波导内，形成端面开路的微带探针2，另一端连接阻抗调配线3；微带探针2，微带线4，以及工字形隔离网络5之间的阻抗匹配由阻抗调配线3实现；微带线4具有与测试系统一致的标准50Ω特性阻抗，因此作为输出端口。

如图3所示，工字形隔离网络5两个A端分别连接至两组阻抗调配线3与50Ω微带线4的交接点。

插入矩形波导腔1中的两个微带探针2之间的互耦信号，通过工字形隔离网络5A-A路径传输，在工字形隔离网络5的A端等幅反相，进而相消；最终，互耦信号经由工字形隔离网络5的A-B路径分流到B端。由于互耦信号无法进入作为微带输出端口的50Ω微带线4，从而实现了转换器的两个微带端口间隔离。

具有工字形隔离网络的矩形波导双微带转换器效果如图3中所示，波导双微带过渡传输为等幅同相功率分配，且双微带间隔离度高于15dB的相对带宽高达36％。此外，转换器输入波导端和输出微带端回波优于-15dB的相对带宽分别可达30％与27％。显然，采用本发明的转换器结构，隔离度与端口回波可以满足宽带相控阵馈线网络，平衡混频，高功率合成等电路的要求。

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。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。