專利名稱：小型化寬帶正交式波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器是一種具有廣泛用途的微波器件，在同時采用波導(dǎo)和同軸線作傳輸線的微波系統(tǒng)中幾乎都會用到。常見的正交式波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器是利用電耦合的原理，將同軸線的內(nèi)導(dǎo)體作為探針從波導(dǎo)寬邊垂直引入到波導(dǎo)中，當(dāng)要求寬頻帶工作時，將波導(dǎo)窄邊高度設(shè)計成多級階梯型式，當(dāng)階梯波導(dǎo)達(dá)到4至5級時可以實現(xiàn)全波導(dǎo)帶寬駐波比優(yōu)于20dB的電氣性能。如圖6、圖7所示，圖6是全波導(dǎo)帶寬波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器現(xiàn)有結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是其剖視圖。圖6所示的全波導(dǎo)帶寬波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器這種現(xiàn)有結(jié)構(gòu)方式往往存在以下缺陷1、尺寸較大，通常在X波段長度達(dá)到50mm，在Ka波段長度達(dá)到20mm ;2、不易于加工制造，這種結(jié)構(gòu)要求的階梯波導(dǎo)高度的精度對整個器件的電性能影響非常敏感，尤其是到毫米波頻段，階梯波導(dǎo)高度的精度必須控制在正負(fù)0. 02mm之內(nèi)；3、無法在實驗中微調(diào)，一旦加工成型，波導(dǎo)內(nèi)部各臺階的尺寸無法更改，也就無法在實驗中進(jìn)行調(diào)試修正，一旦加工超差，則整體性能不能滿足使用要求，只能報廢；4、安裝、裝配困難，在安裝調(diào)試過程中要求圖7中的同軸接頭9之內(nèi)導(dǎo)體10與匹配臺階11間具有良好的電接觸，這一點在安裝過程中非常困難，需要控制同軸線內(nèi)導(dǎo)體直徑比匹配臺階上的孔徑小0.01 0. 02mm之間，這在加工和安裝過程中很難保證。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器存在的尺寸較大、不易于加工制造和無法在實驗中微調(diào)等問題，本發(fā)明提供一種小型化寬帶正交式波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
小型化寬帶正交式波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器包括標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)1，其一端封閉為短路端2，另一端開口 ；在標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)I的一側(cè)寬邊設(shè)有一個同軸接頭3，同軸接頭3的軸向與標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)I內(nèi)的電磁場傳輸方向正交；同軸接頭3的內(nèi)導(dǎo)體4深入到標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)I內(nèi)部，其端部連接一個金屬小圓臺5，金屬小圓臺5和同軸接頭3的內(nèi)導(dǎo)體同心；在標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)I的另一側(cè)寬邊設(shè)置5個呈梅花形分布的金屬匹配柱6 ；
同軸接頭3位于標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)I的一側(cè)寬邊中央，與短路端2之間的間距為四分之一波長;
同軸接頭3的內(nèi)導(dǎo)體4深入到標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)I內(nèi)部的深度為四分之一波導(dǎo)高度；
同軸接頭3的內(nèi)導(dǎo)體4端部的金屬小圓臺5的直徑約為同軸接頭之內(nèi)導(dǎo)體直徑I. 4倍，高度約為四分之一波導(dǎo)高度；
每個金屬匹配柱6的直徑介于同軸接頭3內(nèi)導(dǎo)體4直徑與金屬小圓臺5直徑二者之
間；
每個金屬匹配柱6的高度略小于四分之一波導(dǎo)高度。
本發(fā)明采用一種全新的“梅花莊”形匹配柱的結(jié)構(gòu)方式，同時對引入波導(dǎo)內(nèi)部的同軸線內(nèi)導(dǎo)體端部設(shè)計成一個圓臺形狀。本發(fā)明的優(yōu)點在于首先這種結(jié)構(gòu)形式能實現(xiàn)全波導(dǎo)帶寬良好的電氣性能，在全波導(dǎo)帶寬內(nèi)駐波比小于I. I (27dB);其次采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)方式，器件結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小型化，例如在X波段器件長度可以做到15mm，在Ka頻段，轉(zhuǎn)換器長度可以做到6_ ;第三，結(jié)構(gòu)加工簡單，實驗安裝、調(diào)試方便，同軸線內(nèi)導(dǎo)體和其端部的圓臺可進(jìn)行一體化設(shè)計加工，而且其懸置在波導(dǎo)中，不需要和匹配臺階間的緊密的電連接；第四，金屬匹配柱6可設(shè)計加工成可調(diào)節(jié)的形式，其伸入波導(dǎo)內(nèi)部的高度可以在實驗調(diào)試中進(jìn)行微調(diào)，補(bǔ)償因加工誤差帶來的不利影響，以便達(dá)到最理想的電氣性能。本發(fā)明實現(xiàn)了波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器同時滿足小型化、寬頻帶、小駐波的優(yōu)良性能，并且其結(jié)構(gòu)加工可制造性好，實驗調(diào)試方便。例如在X頻段全波導(dǎo)帶寬的轉(zhuǎn)換器長度可由常規(guī)臺階式的50毫米減小到15毫米，在Ka頻段，轉(zhuǎn)換器長度可由20毫米減小到6毫米。


圖I為本發(fā)明轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明轉(zhuǎn)換器縱向剖視圖。圖3為本發(fā)明轉(zhuǎn)換器“梅花形”匹配柱示意圖。圖4為本發(fā)明Ka頻段轉(zhuǎn)換器設(shè)計實例仿真計算曲線。圖5為本發(fā)明X頻段轉(zhuǎn)換器設(shè)計實例仿真計算曲線。圖6為全波導(dǎo)帶寬波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器現(xiàn)有結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為全波導(dǎo)帶寬波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器現(xiàn)有結(jié)構(gòu)縱向剖視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地說明。實施例
參見圖I和圖2，小型化寬帶正交式波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器包括標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)1，其一端封閉為短路端2，另一端開口 ；在標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)I的一側(cè)寬邊設(shè)有一個同軸接頭3，同軸接頭3的軸向與標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)I內(nèi)的電磁場傳輸方向正交；同軸接頭3的內(nèi)導(dǎo)體4深入到標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)I內(nèi)部，其端部連接一個金屬小圓臺5，金屬小圓臺5和同軸接頭3的內(nèi)導(dǎo)體同心；在標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)I的另一側(cè)寬邊設(shè)置5個呈梅花形分布的金屬匹配柱6。同軸接頭3位于標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)I的一側(cè)寬邊中央，與短路端2之間的間距為四分之一波長。同軸接頭3的內(nèi)導(dǎo)體4深入到標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)I內(nèi)部的深度為四分之一波導(dǎo)高度。同軸接頭3的內(nèi)導(dǎo)體4端部的金屬小圓臺5的直徑約為同軸接頭之內(nèi)導(dǎo)體直徑I. 4倍，高度約為四分之一波導(dǎo)高度。每個金屬匹配柱6的直徑介于同軸接頭3內(nèi)導(dǎo)體4直徑與金屬小圓臺5直徑二者之間。每個金屬匹配柱6的高度略小于四分之一波導(dǎo)高度。下面將通過Ka頻段和X頻段兩個實例敘述如何設(shè)計該型式的正交式全波導(dǎo)帶寬波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器。對Ka頻段，工作頻率為26. 5GHz 40GHz，對X頻段，工作頻率為8. 2GHz 12. 4GHz。I、標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)I和同軸接頭3的選取
一般根據(jù)所要求的工作頻率范圍，選取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)口徑矩形波導(dǎo)，例如，對于Ka頻段，選取BJ320標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)，對于X頻段，選取BJlOO標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)；同軸接頭3可根據(jù)使用需要選取2. 4mm標(biāo)準(zhǔn)冋軸接頭或SMA標(biāo)準(zhǔn)冋軸接頭。2、參數(shù)的確定
同軸接頭3位于標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)I寬邊的中央，距離波導(dǎo)封閉端短路塊2為四分之一波長；同軸接頭3的內(nèi)導(dǎo)體4深入到矩形波導(dǎo)內(nèi)部，深度為四分之一波導(dǎo)高度，同軸接頭3的內(nèi)導(dǎo)體4端部的金屬小圓臺5直徑約為同軸接頭內(nèi)導(dǎo)體直徑的I. 4倍，高度約為四分之一波導(dǎo)高度；5個金屬匹配柱6呈梅花形分布；5個金屬匹配柱6的直徑介于同軸接頭內(nèi)導(dǎo)體3直徑和金屬小圓臺直徑二者之間，高度比四分之一波導(dǎo)高度略??；中間匹配柱和同軸接頭共軸線，四周匹配柱中心距離中間匹配柱中心約八分之一波長。圖4是Ka頻段轉(zhuǎn)換器設(shè)計實例仿真計算曲線，從圖中可以看出轉(zhuǎn)換器在全波導(dǎo)帶寬范圍內(nèi)駐波比小于I. 10 (27dB)，性能優(yōu)良。
圖5是X頻段轉(zhuǎn)換器設(shè)計實例仿真計算曲線，從圖中可以看出轉(zhuǎn)換器在全波導(dǎo)帶寬范圍內(nèi)駐波比小于1.08 (28. 5dB)，性能優(yōu)良。
權(quán)利要求
1.小型化寬帶正交式波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器，其特征在于包括標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)(I)，其一端封閉為短路端(2)，另一端開口 ；在標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)(I)的一側(cè)寬邊設(shè)有一個同軸接頭(3)，同軸接頭(3)的軸向與矩形波導(dǎo)內(nèi)的電磁場傳輸方向正交；同軸接頭(3)的內(nèi)導(dǎo)體(4)深入到標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)(I)內(nèi)部，其端部連接一個金屬小圓臺(5)，金屬小圓臺(5)和同軸接頭(3)的內(nèi)導(dǎo)體同心；在標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)(I)的另一側(cè)寬邊設(shè)置5個呈梅花形分布的金屬匹配柱(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型化寬帶正交式波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器，其特征在于同軸接頭(3)位于標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)(I)的一側(cè)寬邊中央，與短路端(2)之間的間距為四分之一波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型化寬帶正交式波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器，其特征在于同軸接頭(3)的內(nèi)導(dǎo)體(4)深入到標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)(I)內(nèi)部的深度為四分之一波導(dǎo)高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型化寬帶正交式波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器，其特征在于同軸接頭 (3)的內(nèi)導(dǎo)體(4)端部的金屬小圓臺(5)的直徑為同軸接頭之內(nèi)導(dǎo)體直徑I. 4倍，高度為四分之一波導(dǎo)高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型化寬帶正交式波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器，其特征在于每個金屬匹配柱(6)的直徑介于同軸接頭(3)內(nèi)導(dǎo)體(4)直徑與金屬小圓臺(5)直徑二者之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型化寬帶正交式波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器，其特征在于每個金屬匹配柱(6)的高度小于四分之一波導(dǎo)高度。
全文摘要
本發(fā)明涉及小型化寬帶正交式波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器。該波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器包括標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)，其一端封閉為短路端，另一端開口；在標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)的一側(cè)寬邊設(shè)有一個同軸接頭，同軸接頭的軸向與矩形波導(dǎo)內(nèi)的電磁場傳輸方向正交；同軸接頭的內(nèi)導(dǎo)體深入到標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)內(nèi)部，其端部連接一個金屬小圓臺，金屬小圓臺和同軸接頭的內(nèi)導(dǎo)體同心；在標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)的另一側(cè)寬邊設(shè)置5個呈梅花形分布的金屬匹配柱。本發(fā)明實現(xiàn)了波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器同時滿足小型化、寬頻帶、小駐波的優(yōu)良性能，并且其結(jié)構(gòu)加工可制造性好，實驗安裝、調(diào)試方便。例如在X頻段全波導(dǎo)帶寬的轉(zhuǎn)換器長度可由常規(guī)臺階式的50毫米減小到15毫米，在Ka頻段，轉(zhuǎn)換器長度可由20毫米減小到6毫米。
文檔編號H01P5/103GK102751555SQ20121022794
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月4日
發(fā)明者周雁翎, 王小陸 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所