矩形波导和微波带状线路之间的转换器

摘要

本发明涉及一种矩形波导和微波带形线路之间的转换器。根据本发明，加肋的矩形波导在合成材料条中制作，该合成材料条在肋下具有喷镀了金属的基底，该基底以合成材料板的形式延伸，由此形成微波带形线路的基板。此外，肋的基底在加肋的矩形波导的上平面和基板的上平面之间延伸，微波带形线路设置在基板的上平面上、肋基底的延伸部分中。

说明书

技术领域

本发明涉及一个矩形波导和一个微波带状线路之间的转换器。波导结构经常很适于实现损耗小和性能好的无源功能(例如波纹状的喇叭天线、起偏器，滤波器，天线共用器一类的天线源)，更具体地说，是在非常高的频率(厘米和毫米波段)下的这种功能。对于平面结构，它们非常适用于使用制造频率可达到毫米波段的标准印刷电路的方法，来低成本、大批量地生产集成了无源和有源功能的装置。例如，在卫星前端中，天线馈线、滤波器和偏振器(如果有一个的话)经常可用波导技术实现，而其余的信号处理功能(低噪声放大，混合和中间滤波)用标准的印刷电路技术实现。

背景技术

欧洲专利No.0350324说明了在一个波导结构和微波带状传输线路之间的转换器。根据该专利，与波导轴线垂直的一个传导线路支承在该波导内，并且微波带形传输线路在产生该微波带形传输线路和该传导线路之间的能量耦合的位置，横向穿过该波导的壁。

刊登在IEEE，1995年CESLT第1502页上的G.Zarba，G.Bertin，L.Accatino，P.Besso的题为“An improved approach to implement a microstrip towaveguide transition(实现微波带至波导转换器的一种改进方法)”的文章，说明了配置在基板上的加肋的波导和微波带形线路之间的转换器。在所述的实施例中，该基板在波导的加肋部分下滑动，使它的机械稳定性好和容易装配。

在2001年在台湾台北市召开的“APMC的IEEE论文集”第543页上刊登的文章“A broadband Microstrip to Waveguide Transition using PlanarTechnique(使用平面技术的宽带微波带至波导的转换器)”，描述了一种Ka波段(26～40GHz)的转换器。该转换器通过将上面蚀刻出一个有锥度的微波带形线路的微波基板插入矩形波导中而得到。该波导部分地填充电介质，以保证与该微波带形线路的热导体(hot conductor)的无接触的转换器。

在IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTSLETTERS，2001年2月第11卷第2期第68页上刊登的Dominique Deslandes和Ke Wu，Cheng-Jung Lee，Hsien-shun Wu和Ching-Koang C.Tzuang的文章“Integrated Microstrip and Rectangular Waveguide in Planar Form(平面形式的集成微波带和矩形波导)”中，提供了Ka频带转换器(28～31GHz)的一种平面形式。在一个微波基板上形成一个导向结构。该矩形波导是通过在带有喷涂金属的孔的微波基板的两侧面上喷镀金属而实现的，目的是使该矩形波导具有侧表面。

在波导结构和平面结构之间的转换器的这些实施例实现起来比较复杂，并且必须要更加精确地装配几个部件，因为它们的工作频率高。另外，为了防止电介质损失，需要质量好的微波基板，这样成本就高。

发明内容

本发明的目的是要提出一种成本低，不需要装配几个零件即可以制造的矩形波导和微波带形线路之间的转换器。

根据本发明，该转换器的特征在于：它由合成材料的条制成的加肋矩形波导构成，该条在该肋下面的喷涂金属的基底，以构成该微波带形线路的基板的合成材料泡沫体板的形式延续；该肋的基底在该加肋的波导的上平面和该基板的上平面之间延伸，而该微波带形线路放置在该基板的上平面上，在该肋的基底的延长线上。

根据本发明的转换器的特点为：

-该肋的基底的轮廓为直线形。

-构成该基板的泡沫体板的厚度在纵向方向上改变，以便改变该微波带形线路的宽度同时保持特征阻抗大致为常数。

-该合成材料为电气特性接近空气的电气特性的电介质泡沫体；和

-该泡沫体为聚甲基丙烯酸酯亚胺泡沫体。

附图说明

本发明的其他特征和优点在阅读根据附图的下列说明中，将更清楚。

图1表示根据本发明的矩形波导和微波带形线路之间的转换器的示意图；

图2～4表示生产根据本发明的转换器的过程。

具体实施方式

在图1中，矩形波导和微波带形线路之间的转换器由加肋的矩形波导G构成。该波导G由合成材料的泡沫体条制成，该材料也用作该微波带形线路的基板。

从图1可以看出，该合成材料泡沫体条在二个末端1、2之间的纵向方向A上延伸，由于电气特性接近空气的电气特性、刚性和重量轻的机械特性以及低成本，该合成材料泡沫体例如是聚甲基丙烯酸酯亚胺泡沫体。在该二个末端1、2之间形成与该纵向方向A垂直的肩部3。这个肩部3界定了加肋的波导的上平面4和基板的上平面5。该基板的上平面5相对该加肋的波导的上平面4垂直于条的长度方向偏移高度H，高度H与该加肋的波导的肋的高度相应。

该波导G的肋6的基底，通过该肩部3，在该波导的上平面4和该基板的上平面5之间延伸。该肋6的基底和侧壁喷涂金属，该肋6的基底的金属喷镀在该基板的上平面5上延伸，以构成微波带形线路7。

因此，在肋6下面延伸的加肋波导的喷镀金属的基底8，以构成微波带形线路的基板的泡沫体板的形式延续。因此，可利用这个金属喷镀的基底作为微波带7的接地平面。

虽然构成该微波带形线路的基板的板的侧面的金属喷镀不能使该微波带形线路的电气性质变坏，但界定加肋的矩形波导的泡沫体条的侧表面9和10喷镀金属也要以肩部3为界。

如图1所示，在与微波带形线路7的连接处，肋6的基底与该微波带形线路的接地平面离开一个距离E。这个距离E相应于在与该加肋的波导的连接处的基板厚度。

在图1中，肋6的基底具有直线轮廓，这使其可以简单地利用机械加工、冲压、热压模制或切割泡沫体条制成。

该肋6位于泡沫体条宽度正中，并可以根据确保从微波带形线路的准TEM传播模式至该波导的基模足够平缓渐变(adequate gradual)的通道所需的工作频率范围来调节肋6的尺度。这种渐变的通道根据给定的轮廓获得，如直线型，指数型或其他。通常，为确保在整个工作范围正确匹配所得到的该轮廓的最小长度，必须在对应于最低频率的波长的几分之一的数量级上(例如，波长的1/4)。

在肋6的基底的连接处，微波带形线路7的宽度可以与该肋的宽度相同或比该宽度大，但已充分了解，微波带形线路的宽度取决于它放置于其上的基板的厚度以及其介电常数。因为，为了得到与该肋的宽度相同或尽量接近的宽度，可以调节该连接平面处的基板的高度。为了回到对于微波带形线路7来说的、基板的最合适厚度，逐渐改变沿着纵向方向A的构成该基板的泡沫体板的厚度就足够了。这种厚度的改变是在同时修正微波带形线路、保证特征阻抗准恒定的条件下进行的，这避免了使用不连续变化线宽的四分之一波长型阻抗变换器，它是性能劣化(损耗，带宽减小)的根源。在图1中，该微波带形线路的阻抗匹配是利用基板沿着方向A的厚度的连续的线性减小(如虚线11所示)和在该微波带形线路的一定长度L上、该微波带形线路的宽度的连续的线性减小(如虚线12所示)表示的。

图2～4表示在泡沫体技术中生产根据本发明的转换器的方法。对于在所要求的频率范围内的理论上的单模运转来说，事先赋予泡沫体条20在横截面上的矩形形状，其尺寸与矩形波导的内部尺寸相应。然后，通过机械加工、热成形、冲压或其他方法，加工该泡沫体条以形成肋6。在波导G部分中界定肋6的操作可以在该微波带形线路7部分的水平高度上延伸。然后，可以将泡沫体块20充分地喷镀金属，同时实现肋的金属喷镀和微波带形线路的形成。可以使用利用喷射或刷子进行的无方向性的金属喷镀。然后，在该肋6的末端横向切割该泡沫体块，以得到该微波带形线路的平板形状的基板5。

因此，使用介电常数小的材料以单个部件的形式实现了根据本发明的转换器，产生的损耗小，机械强度好，并有利于得到尺寸与波导截面尺寸一致的微波带形线路。另外，实现根据本发明的转换器，无需使用线路宽度不连续改变形式的阻抗变换器即可实现波导和微波带之间电气和物理性质的连续性。