变容二极管加载的电控可调波导口负载阻抗匹配器

摘要

变容二极管加载的电控可调波导口负载阻抗匹配器，涉及波导口阻抗匹配器。从上至下设有正面金属结构层、第一介质层、全金属反射短路层、第二介质层、背面馈电线路层；正面金属结构层设有上下方形金属环组，各金属环的左右对边中心处均设有开口，开口两端接变容二极管，相邻金属环的顶端之间和底端之间均设有隔直电阻；在上下方形金属环组的最左边下方形金属环的左上角处分别设有上左馈电引线孔，在上下方形金属环组的最右边下方形金属环的右下角处分别设有上右馈电引线孔；在背面馈电线路层上设有下左馈电引线孔和稳压电源正极馈电线，在背面馈电线路层上设有下右馈电引线孔和稳压电源负极馈电线，稳压电源正负极馈电线的中部断开并用电阻连接。

说明书

技术领域

本发明涉及波导口阻抗匹配器，尤其是涉及一种变容二极管加载的电控可调波导口负载 阻抗匹配器。

背景技术

在波导阻抗匹配器研究领域，目前单端负载匹配的研究虽有很多突出性进展，但并不能 完全满足我们所有的需求，或者不能通过更加简洁的形式来达到人们的应用需求。

一般情况下，微波传输线与负载连接时，都要求负载是匹配的，这样负载才能不会引起 反射，传输线中为行波状态。我们要求的匹配负载，在特定频段内，可以从微波源获得最大 功率；传输线处于行波状态，避免了反射波在传输线中产生的损耗，可以使传输效率达到最 高；传输线中不产生驻波，因而不会出现因波腹引起的击穿，从而限制了传输功率；但是一 个理想的全单模传输波段负载匹配的波导口阻抗匹配器是比较难做的，并且应用范围也会有 一定的局限性，比如，当仅需要在波导系统中匹配吸收某一段频率电磁波时，现有的阻抗匹 配器就很难达到要求。

传统的微波波导负载阻抗匹配器基本上都是嵌入到波导管内部的，这些匹配器的存在使 波导管的应用范围大大降低，使用效率大大降低，如：功率匹配器、吸收式水负载、辐射式 水负载等，都改变了传输线或波导管的内部结构，不仅加大了制造成本，而且限制了它在微 波工程应用上的广泛性。用膜片或销钉来调配负载时也有很多不便，一方面是负载本身的特 性阻抗并不一定是已知，进而匹配时只有用不同尺寸大小的膜片或销钉反复测试才能达到匹 配。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变容二极管加载的电控可调波导口负载阻抗匹配器。

本发明为五层结构，从上至下依次为正面金属结构层、第一介质层、全金属反射短路层、 第二介质层、背面馈电线路层；

所述正面金属结构层设有上方形金属环组和下方形金属环组，各上方形金属环和各下方 形金属环的左右对边中心处均设有开口，开口的两端之间连接变容二极管，相邻上方形金属 环的顶端之间和底端之间、相邻下方形金属环的顶端之间和底端之间均设有隔直电阻；

在上方形金属环组的最左边上方形金属环的左上角处和下方形金属环组的最左边下方形 金属环的左上角处分别设有上左馈电引线孔，在上方形金属环组的最右边上方形金属环的右 下角处和下方形金属环组的最右边下方形金属环的右下角处分别设有上右馈电引线孔；

在背面馈电线路层上设有下左馈电引线孔和稳压电源正极馈电线，下左馈电引线孔与上 左馈电引线孔对接，下左馈电引线孔与稳压电源正极馈电线的一端连接，稳压电源正极馈电 线的另一端接稳压电源正极；

在背面馈电线路层上设有下右馈电引线孔和稳压电源负极馈电线，下右馈电引线孔与上 右馈电引线孔对接，下右馈电引线孔与稳压电源负极馈电线的一端连接，稳压电源负极馈电 线的另一端接稳压电源负极；

稳压电源正极馈电线的中部断开并用左隔绝电阻连接，稳压电源负极馈电线的中部断开 并用右隔绝电阻连接。

所述介质层可采用FR4介质层，所述变容二极管可采用SMV1231-079变容二极管。

本发明基于WR187型波导模型，本发明确定了在波导单模传输频段下匹配器正面结构的 尺寸；通过加载变容二极管来调节匹配频段，拓宽了匹配器的应用微波频段范围；在不影响 正面吸收品质的情况下，将馈电引线通过打孔的形式引至背面，孔径比较小，对匹配器正面 的吸收品质影响可以忽略；背面馈电引线通过大电阻与连接稳压电源的馈电线相连，进而达 到消除外部信号对正面微波电磁响应的影响。

本发明的工作原理是：波导发射出的电磁波到达此新型变容管加载可调波导口匹配器， 特定频段的电磁波会被吸收，其余电磁波会被反射，通过调节馈电电压，可以改变匹配器的 谐振频率及品质因数，继而提高此种新型波导匹配器的应用范围。

本发明的优点是：拆卸方便，可以通过法兰连接到波导口，也可以通过夹具连接到波导 口，所以可以方便地安装以及拆卸；通过对加载的变容二极管进行偏压调节，可以方便地改 变匹配频段；采用背面引线馈电，并用10KΩ大电阻隔绝外界干扰，使正面变容二极管加载 的偏置电压更加理想。本发明可以用作特殊情况下应用的功率匹配负载、调配器、短路活塞 以及衰减器等。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例的正面金属结构层结构示意图。

图3为本发明实施例的背面馈电线路层结构示意图。

图4为本发明的负载衰减模拟结果图。

图5为本发明的负载衰减实验结果图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1～3，本发明实施例为五层结构，从上至下依次为正面金属结构层1、第一介质 层2、全金属反射短路层3、第二介质层4、背面馈电线路层5。

所述正面金属结构层1设有上方形金属环组11和下方形金属环组12，各上方形金属环 和各下方形金属环的左右对边中心处均设有开口A，开口A的两端之间连接变容二极管8，相 邻上方形金属环的顶端之间和底端之间、相邻下方形金属环的顶端之间和底端之间均设有隔 直电阻6。

在上方形金属环组11的最左边上方形金属环的左上角处和下方形金属环组12的最左边 下方形金属环的左上角处分别设有上左馈电引线孔71，在上方形金属环组11的最右边上方 形金属环的右下角处和下方形金属环组12的最右边下方形金属环的右下角处分别设有上右 馈电引线孔72。

在背面馈电线路层5上设有下左馈电引线孔71’和稳压电源正极馈电线51，下左馈电引 线孔71’与上左馈电引线孔71对接，下左馈电引线孔71’与稳压电源正极馈电线51的一端 连接，稳压电源正极馈电线51的另一端接稳压电源正极。

在背面馈电线路层5上设有下右馈电引线孔72’和稳压电源负极馈电线52，下右馈电引 线孔72’与上右馈电引线孔72对接，下右馈电引线孔72’与稳压电源负极馈电线52的一端 连接，稳压电源负极馈电线52的另一端接稳压电源负极。

稳压电源正极馈电线51的中部断开并用左隔绝电阻53连接，稳压电源负极馈电线52的 中部断开并用右隔绝电阻54连接。

所述介质层可采用FR4介质层，所述变容二极管8可采用SMV1231-079变容二极管。

在图2中，各标记为L1＝0.6mm，L2＝1mm，L3＝9.4mm，L4＝0.6mm，L5＝0.7mm。

使用时，可用金属夹将本发明固定在WR187型波导管的一端，校准网络分析仪，将显示 频率调至波导管单模传输的频段范围；再通过波导转同轴和同轴导线将波导管与矢量网络分 析仪相连接；将稳压电源的电压正负接孔通过本发明的背部馈电线与本发明的正面结构相连 接，以达到对正面加载的变容二极管馈电的目的，在变容二极管所能承受的偏压范围内调节 馈电电压，就能够实现本发明的可控性；就可以根据实际需要得到相应的负载阻抗匹配。

图2给出的正面金属结构层是4×2的阵列结构，双开口方环开口处均加载变容二极管， 环与环的间距为1.2mm，为了使每个加载变容二极管的双开口环同时加载相同的电压，环与 环之间通过10KΩ电阻相连。

图3给出本发明实施例的背面馈电线路层结构示意图，在与图2匹配使用时，图2与图 3中都有馈电引线孔，也就是说，图3背面馈电线路层通过馈电引线孔与图2正面金属结构 层相连，进行偏压加载，进而使电压加载到正面金属结构层，从而实现了对正面金属结构层 的偏压加载。

图4为本发明的负载衰减模拟结果图。图5为本发明的负载衰减实验结果图。

在波导口形成一个平面阻抗匹配器，不通过改变波导管结构就可以对波导终端负载进行 相应频率的阻抗匹配调节，正面结构加载非线性电子元器件，来动态调节负载阻抗。馈电引 线在波导管外部，并加载外界信号隔绝器件以防止对波导内部的电磁干扰。

本发明只需通过调节馈电电压大小就能轻松完成；另一方面是膜片或销钉的尺寸及在波 导中的位置固定后，其引入的电纳也就固定，只能对特定的负载进行匹配，负载一旦改变， 就要重新制作匹配器，而本发明只是加在波导口，并且可以在一定范围内调节匹配负载，在 一定程度上克服了上述问题。人们在采用非线性有源器件，调控微波器件电磁响应时，往往 会被外部的电磁干扰所困扰，这些干扰信号会在一定程度上影响阻抗匹配负载器的工作状态， 使其很难在这些微波存在的情况下正常工作，本发明通过在背面金属基板加载高频电感或电 阻的方式，可以有效地解决这一问题。本发明可以通过法兰盘或夹具直接与波导管连接，既 大大降低了附加影响，又可以不影响波导管的结构，与此同时，本发明的结构简单轻巧，安 装拆卸方便。综上所述，本发明有如下突破及优点：

(1)结构设计简单，基于微波完美吸收体理论模型，只需根据实际需要，经过静态电 压信号微调就可以得到我们需要的匹配器模型。

(2)馈电方式独特，通过引线，将馈电线路引至背面，并且通过采用隔绝高频电阻和 电感的方式，避免了静态电压及外部信号的干扰。

(3)可以动态调节匹配阻抗，通过调节加载变容二极管两端的偏置电压，可以使本发 明在波导单模传输频段内动态调节匹配负载。

(4)成品轻便，结构小巧轻便，便于携带；通过法兰盘或夹具连接，便于安装及拆卸。