一种波导-同轴线转换器
阅读说明：本技术 一种波导-同轴线转换器 (Waveguide-coaxial line converter ) 是由 张辉 慕振成 王博 荣林艳 周文中 万马良 谢哲新 于 2020-12-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种波导-同轴线转换器,包括波导的封闭壳体,包括波导的封闭壳体壳体包括两水平平行设置的波导宽边、与波导宽边相垂直的波导短路板,其特征在于：包括波导的封闭壳体壳体下方的波导宽边内壁连接有一阶梯型匹配块,包括波导的封闭壳体波导短路板上水平设置有一贯穿波导短路板的探针,包括波导的封闭壳体探针的一端部与阶梯型匹配块的顶部悬空相对,包括波导的封闭壳体探针的另一端部与射频同轴线接头外导体连接。本发明的波导-同轴线转换器可用于微波射频系统的测量,具有传输特性好、插损小和便于调节的特点。(The invention discloses a waveguide-coaxial line converter, which comprises a closed shell of a waveguide, wherein the closed shell of the waveguide comprises two waveguide wide edges which are horizontally arranged in parallel and a waveguide short-circuit board which is vertical to the waveguide wide edges, and is characterized in that: the inner wall of the wide edge of the waveguide below the closed shell body comprising the waveguide is connected with a step-type matching block, a probe penetrating through the waveguide short-circuit plate is horizontally arranged on the closed shell body waveguide short-circuit plate comprising the waveguide, one end of the closed shell body probe comprising the waveguide is opposite to the top of the step-type matching block in a hanging mode, and the other end of the closed shell body probe comprising the waveguide is connected with an outer conductor of the radio-frequency coaxial cable connector. The waveguide-coaxial line converter can be used for measuring a microwave radio frequency system and has the characteristics of good transmission characteristic, small insertion loss and convenience in adjustment.)
技术领域
本发明涉及波导器件技术领域，具体是指一种波导-同轴线转换器。
背景技术
随着技术的发展，射频功率源、微波输出功率达3MW，微波传输过程需要大量的直波导、弯波导、软波导、定向耦合器、魔T等器件。这些传输器件的性能好坏决定着微波传输、测量的损耗大小和是否精准，其中关键需要一种能够精确测量传输器件的波导-同轴转换器。
大功率微波传输系统中，需要插损小，驻波小的传输器件来传输功率，如果器件本身损耗很大会造成功率的反射增大，器件烧毁等现象。而测量波导型微波传输器件性能的工具一般使用波导-同轴转换器来测量。波导传播的主模为TE模式，而同轴线传播的是TEM模式，两种传播模式之间需要转换。此外，标准波导的阻抗远大于50欧姆，通常为几百欧姆。
发明内容
本发明的目的是提供一种波导-同轴线转换器，可用于微波射频系统的测量，具有传输特性好、插损小和便于调节的特点。。
本发明可以通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种波导-同轴线转换器，包括波导的封闭壳体，壳体包括两水平平行设置的波导宽边、与波导宽边相垂直的波导短路板，壳体下方的波导宽边内壁连接有一阶梯型匹配块，波导短路板上水平设置有一贯穿波导短路板的探针，探针的一端部与阶梯型匹配块的顶部悬空相对，探针的另一端部与射频同轴线接头外导体连接。
本发明提供一种加工简单、指标性能良好的波导同轴转换器。一般波导到同轴转换器电压驻波比不容易到达1.1以下，采用径向输出方式，又不容易加工和固定。而本发明采用纵向窄边波导输出，加上阶梯调配方式实现低电压驻波比设计。
目前在WR1500波导到同轴纵向转换上，相对于波导到同轴转换上有采用径向宽边波导输出变换形式的受结构形式的限制，存在结构比较复杂、零部件较多、装配的难度大、误差大不容易使驻波变得很小的缺陷。本发明通过阶梯型匹配块、水平设置的探针、射频同轴线接头外导体的配合的纵向变换的结构形式，可以实现诸如WR1500等波导到同轴接头的转换，并且指标性能良好，零部件少，加工简单。同时采用阶梯形式的调谐调配，改变阶梯的位置、大小、高度，可以实现频率调节和匹配调节。
进一步地，射频同轴线接头外导体通过第一匹配段外导体、第二匹配段外导体固定设置在波导短路板外部。
进一步地，第二匹配段外导体环绕式设置在第一匹配外导体外部，射频同轴线接头内导体嵌入第一匹配段外导体内部与探针一体式连接。
进一步地，波导短路板与第一匹配段外导体、第二匹配段外导体通过设置在波导短路板外部的连接法兰、固定有两个匹配段外导体对接法兰活动配合连接。
进一步地，探针通过圆环状设置的第一支撑块、第二支撑块贯穿设置在波导短路板上。
进一步地，波导短路板上设有活动插入第一支撑块、第二支撑块一端部的卡槽，第一支撑块、第二支撑块的另一端部活动嵌入连接法兰、对接法兰内部。
进一步地，阶梯型匹配块为设置在波导宽边中部的多阶梯型结构。
进一步地，波导宽边上设有第一U形孔、第二U形孔，阶梯型匹配块螺钉嵌入第一U形孔、第二U形孔固定设置在波导宽边中部。
进一步地，连接法兰通过第一固定螺钉与波导短路板连接，对接法兰通过第二固定螺钉与第一匹配段外导体连接。
进一步地，第一支撑块、第二支撑块上均设有通水/通气孔。
本发明一种波导-同轴线转换器，具有如下的有益效果：
本发明通过阶梯型匹配块、水平设置的探针、射频同轴线接头外导体的配合的纵向变换的结构形式，可以实现诸如WR1500等波导到同轴接头的转换，并且指标性能良好，零部件少，加工简单。同时采用阶梯形式的调谐调配，改变阶梯的位置、大小、高度，可以实现频率调节和匹配调节。阶梯型匹配块安装灵活，便于调谐调配，装有聚四氟乙烯支撑，可以保证内导体结构的水平。
附图说明
附图1为本发明一种波导-同轴线转换器的立体结构示意图；
附图2为本发明一种波导-同轴线转换器后视图；
附图3为本发明一种波导-同轴线转换器图2的A-A剖面图；
附图4为本发明一种波导-同轴线转换器回波损耗仿真曲线；
附图5为本发明一种波导-同轴线转换器电压驻波比仿真曲线；
附图6为本发明一种波导-同轴线转换器插损仿真曲线；
附图中的标记包括：1、波导；2、波导宽边；3、波导窄边；4、波导法兰；5、波导短路板；6、连接法兰；7、对接法兰；8、第一匹配段外导体；9、第二匹配段外导体；10、射频同轴线接头外导体；11、阶梯型匹配块；12、探针；13、第一支撑块；14、第二支撑块；15、第一固定螺钉；16、第二固定螺钉。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明产品作进一步详细的说明。
如图1～3所示，本发明公开了一种波导-同轴线转换器，包括波导1的封闭壳体，壳体包括两水平平行设置的波导宽边2、与波导宽边2相垂直的波导短路板5、与波导短路板5相对的波导法兰4、设置在两波导宽边2端部的两波导窄边3，壳体下方的波导宽边2内壁连接有一阶梯型匹配块11，波导短路板5上水平设置有一贯穿波导短路板5的探针12，探针12的一端部与阶梯型匹配块11的顶部悬空相对，探针12的另一端部与射频同轴线接头外导体10连接，射频同轴线接头外导体10输出为纵向窄边3波导输出形式。。
如图1所示，射频同轴线接头外导体10通过第一匹配段外导体8、第二匹配段外导体9固定设置在波导短路板5外部。第二匹配段外导体9环绕式设置在第一匹配外导体外部，射频同轴线接头内导体嵌入第一匹配段外导体8内部与探针12一体式连接。波导短路板5与第一匹配段外导体8、第二匹配段外导体9通过设置在波导短路板5外部的连接法兰6、固定有两个匹配段外导体对接法兰7活动配合连接。
如图3所示，探针12通过圆环状设置的第一支撑块13、第二支撑块14贯穿设置在波导短路板5上。波导短路板5上设有活动插入第一支撑块13、第二支撑块14一端部的卡槽，第一支撑块13、第二支撑块14的另一端部活动嵌入连接法兰6、对接法兰7内部。
如图3所示，阶梯型匹配块11为设置在波导宽边2中部的多阶梯型结构。波导宽边2上设有第一U形孔、第二U形孔，阶梯型匹配块11螺钉嵌入第一U形孔、第二U形孔固定设置在波导宽边2中部。U形孔的设置，便于调节，方便移动和拆卸。
如图1所示，连接法兰6通过第一固定螺钉15与波导短路板5连接，对接法兰7通过第二固定螺钉16与第一匹配段外导体8连接。第一固定螺钉15和第二固定螺钉16可以采用常规的M6螺钉。
在本发明中，第一支撑块13、第二支撑块14上均设有通水/通气孔，用来通气使用，或放置同轴结构内部积水。
在本发明中，壳体为铝合金板材质壳体；第一支撑块、第二支撑块均为聚四氟乙烯材质块体；探针为多阶梯结构，材料为铜，外表面做导电氧化处理；阶梯型匹配块的材料使用铝合金，其上部与探针不能接触。
为了验证本发明的技术效果，对本发明进行仿真计算如下：
标准波导阻抗计算公式：
a为波导宽边长，b为波导窄边长。
λg为波导波长，
对于内导体直径为R1，外导体半径为R2，两导体间填充空气介质的同轴线的阻抗计算公式为：
可见，波导-同轴转换需要做阻抗匹配设计，使同轴线的等效阻抗50欧姆能够顺利地过渡到波导等效阻抗几百欧姆上去。
另外，由于在矩形波导中插入了探针，并在窄壁上开了孔，在同轴-矩形波导转换处引入了电抗，造成波的反射，使同轴线与波导的失配加剧。需要引入阶梯阻抗，改进匹配。这样才能使转换器在较宽的频率范围内实现阻抗匹配。
经仿真计算，波导宽边宽度381mm，波导窄边宽度190.5mm，长度300mm的WR1500波导与内导体直径为3.04mm，外导体半径为7mm，两导体间填充空气介质的同轴线可实现638.66MHz～655.74MHz带宽范围内良好的阻抗匹配。以下为仿真计算的回波损耗、电压驻波比、插损的数据曲线，满足要求，具体仿真曲线如图4-6所示。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语诸如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
上述实施例仅为本发明的具体实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。
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