本實用新型涉及射頻技術，特別是用于傳輸電磁波的波導結構及包含波導結構的天線裝置。

背景技術：

天線裝置用于電磁波的發(fā)射和接收，在民用和軍用領域有著廣泛的應用前景。在高增益聚焦天線中，饋源位于拋物面天線的中心，作為初級輻射器。在發(fā)射電磁波時，饋源向拋物面天線的反射面輻射電磁波，使得電磁波經由拋物面天線向外發(fā)射。在接收電磁波時，拋物面天線從外界收集電磁波，并且經由拋物面天線的反射面將電磁波輻射至饋源。

天線裝置還包括與饋源相連接的收發(fā)信機，利用饋電線在二者之間傳送電信號。該饋電線可以是同軸電纜或波導。對于高頻的射頻信號，由于集膚效率，采用中空的波導傳輸信號的損耗小于同軸電纜，因此波導對高頻電信號的傳輸效率高且功率容量大。波導包括中空部分，體積大且集成不便。基片集成波導包括介質基片及其中形成的金屬化過孔，將電磁波限制在金屬化過孔限定的腔體中。與基于微帶線或平行板結構的波導相比，基片集成波導減小了波導結構的尺寸。

然而，基片集成波導用于傳輸橫向電波(即TE波)。如果天線基于橫向電磁波(即TEM波)工作，則用于與天線耦合以傳輸電磁波的波導結構需要進行從TE模向TEM模的轉換。例如，連續(xù)橫向枝節(jié)(CTS)天線通過在平行板上開橫向縫以及在橫向縫上附加枝節(jié)實現(xiàn)同輻射，其饋電方式為TEM模。

現(xiàn)有的波導結構在基片集成波導上開縫以耦合至平行板波導上，從而在平行板波導中實現(xiàn)準平面波傳輸。該結構不僅增加了波導結構的整體尺寸，而且耦合損耗大，從而不能滿足天線裝置實際應用的要求。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于些，本實用新型的目的是提供一種波導結構及其天線裝置，其中采用耦合窗口將TE模的電磁波分成同相的第一部分和第二部分，彼此疊加轉換成準TEM模，從而減小耦合損耗。

根據本實用新型的一方面，提供一種波導結構，其特征在于，包括：基片集成波導，包括用于接收電磁波的輸入端口和用于提供電磁波耦合端口；以及平行板波導，包括與耦合端口鄰接的第一端和用于提供電磁波的輸出端口，其中，所述波導結構的耦合端口將TE模的電磁波分成彼此同相的兩路電磁波，所述平行板波導將兩路電磁波疊加后輸出。

優(yōu)選地，所述基片集成波導包括：第一介質基板；位于第一介質基板的兩個相對表面上的第一金屬層和第二金屬層；以及穿過第一介質基板的多個導電柱，其中，所述第一金屬層、所述第二金屬層和所述多個導電柱在所述介質基板中限定電磁波傳輸的腔體，所述多個導電柱排列成所述腔體的兩個相對側壁。

優(yōu)選地，所述多個導電柱排列成十字形結構，所述十字形結構位于耦合端口的中心位置，從而將耦合端口分成兩個對稱的耦合窗口。

優(yōu)選地，所述多個導電柱包括位于耦合窗口中心的中心導電柱，并且中心導電柱靠近耦合端口的外側。

優(yōu)選地，根據所述基片集成波導的諧振頻率，設置所述十字形結構中的多個導電柱的直徑和數量。

優(yōu)選地，所述側壁在耦合端口附近包括臺階結構，使得腔體在耦合端口附近的橫向尺寸相對于輸入端口附近的橫向尺寸擴展。

優(yōu)選地，所述多個導電柱穿過所述第一金屬層和所述第二金屬層。

優(yōu)選地，所述平行板波導包括：第二介質基板；以及位于第二介質基板的相對表面的第三金屬層和第四金屬層。

優(yōu)選地，所述第一介質基板和所述第二介質基板整體形成，所述第一金屬層與所述第三金屬層整體形成，所述第二金屬層與所述第四金屬層整體形成。

優(yōu)選地，所述基片集成波導包括多個輸入端口和多個耦合端口，所述多個導電柱形成多個腔體的側壁，每個腔體從相應的一個輸入端口延伸至相應的一個耦合端口。

根據本實用新型提供的另一方面，提供一種天線裝置，其特征在于，包括：收發(fā)信機，用于將通信數據轉換成用于發(fā)送的電信號，或者將接收的電信號轉換成通信數據；上述的波導結構；以及天線，用于電信號的發(fā)送和接收，其中，所述波導結構將TE模的電磁波轉換，轉換后的電磁波與天線的饋電方式匹配。

優(yōu)選地，所述收發(fā)信機采用微帶線連接至所述波導結構的輸入端口。

優(yōu)選地，所述天線為連續(xù)橫向枝節(jié)天線。

根據本實用新型實施例的波導結構，所述波導結構的耦合端口將TE模的電磁波分成彼此同相的兩路電磁波，所述平行板波導將兩路電磁波疊加形成準TEM模的電磁波。該波導結構減小了耦合損耗，從而提高了傳輸效率。

在優(yōu)選的實施例中，采用多個導電柱排列形成腔體的側壁，從輸入端口延伸至耦合端口。在耦合端口，導電柱排列形成十字形結構，從而二等分耦合端口，形成兩個對稱的耦合窗口。該結構不需要開縫即可進行電磁波轉換?？梢圆捎秒娐钒暹^孔技術形成導電柱，易于實現(xiàn)集成化，加工制作簡便，成本低。

在優(yōu)選的實施例中，多個導電柱還包括位于耦合窗口的中心導電柱，用于消除傳播過程中產生的高次模。

附圖說明

通過以下參照附圖對本實用新型實施例的描述，本實用新型的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點將更為清楚，在附圖中：

圖1示出根據本實用新型第一實施例的波導結構的透視圖。

圖2a和2b分別示出圖1的波導結構的俯視圖和左視圖。

圖3示出根據本實用新型第二實施例的波導結構的透視圖。

圖4示出根據本實用新型第三實施例的天線裝置的示意性結構圖。

具體實施方式

以下將參照附圖更詳細地描述本實用新型的各種實施例。在各個附圖中，相同的元件采用相同或類似的附圖標記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個部分沒有按比例繪制。

圖1示出根據本實用新型第一實施例的波導結構的透視圖。該波導結構100包括基片集成波導110和平行板波導120。在圖中為了便于觀察，將基片集成波導110中的導電柱115沿著箭頭所示的方向分離示出，在實際的波導結構中的位置如下文所述。

在波導結構100中，基片集成波導110和平行板波導120分別包括相對的第一端和第二端。基片集成波導110的第一端具有輸入端口，平行板波導120的第二端具有輸出端口?；刹▽?10的第二端具有耦合端口，并且與平行板波導120的第一端彼此鄰接。在工作中，電磁波從輸入端口經由耦合端口傳輸至輸出端口。

如圖1所示，基片集成波導110包括介質基板111、覆蓋于其相對表面的金屬層112和113、在介質基板111中形成的多個通孔114、以及填充所述多個通孔114的導電柱115。

介質基板111可以由任意介電常數大于1的材料組成，例如聚四氟乙烯、環(huán)氧樹脂、FR4等材料。由于介電常數越高、損耗角正切越小的材料更有利于電磁諧振并降低諧振頻率，優(yōu)選陶瓷材料，例如氧化鋁，也可以是微波介質。

采用蝕刻或鉆孔，在介質基板中形成多個通孔114，所述多個通孔114的兩端開口的分別暴露于介質基板111的相對表面上。采用銅之類的導體材料填充所述多個通孔114，從而形成多個導電柱115。在圖1所示的實施例中，導電柱115從金屬層112的表面上經由介質基板延伸至金屬層113的表面，從而穿過介質基板111、金屬層112和113三者。在替代的實施例中，導電柱115位于金屬層112和113下方，從介質基板111的一側表面到達另一側表面，從而穿過介質基板111。

導電柱115排列成隊列以形成彼此相對的側壁。在介質基板111中形成由金屬層112和113以及導電柱115圍繞的腔體。腔體從輸入端口延伸至耦合端口。

平行板波導120包括介質基板121、以及覆蓋于其相對表面的金屬層122和123。平行板波導120的介質基板121與基片集成波導110的介質基板111可以為公共的介質基板的不同部分，或者分別由不同介質材料構成獨立的介質基板。平行板波導120的金屬層122和123與基片集成波導110的金屬層112和113分別可以為公共的金屬層的不同部分，或者分別由不同金屬材料構成獨立的金屬層。

圖2a和2b分別示出圖1的波導結構的俯視圖和左視圖，其中進一步示出導電柱115的分布方式及其限定腔體的形狀。

如圖所示，多個導電柱115在介質基板111中形成彼此相對的兩個側壁116。金屬層112和113以及側壁116共同限定腔體的主要部分，腔體從輸入端口延伸至耦合端口。側壁116在耦合端口附近包括臺階結構，使得腔體在耦合端口附近的橫向尺寸相對于輸入端口附近的橫向尺寸擴展，從而減小電磁波的散射。

進一步地，多個導電柱115的一部分導電柱在耦合端口附近形成十字形結構117。該十字形結構117相對于側壁116居中設置，也即位于耦合端口的中心位置，從而將耦合端口分成兩個對稱的耦合窗口。十字形結構117包括彼此垂直的橫向一字形結構和縱向一字形結構?；刹▽?10中傳輸的TE模電磁波在輸出端口經過二等分，形成同相電磁波。同相電磁波經過耦合端口進入平行板波導120，彼此疊加形成準TEM模的電磁波。通過改變十字形結構117中的導電柱115的直徑和數量，可以調節(jié)基片集成波導的諧振頻率。

進一步地，多個導電柱115還包括位于耦合窗口的中心導電柱118。該中心導電柱118位于耦合窗口的中心位置，并且靠近耦合端口的外側。中心導電柱118起到消除傳播過程中產生的高次模的作用。

圖3示出根據本實用新型第二實施例的波導結構的透視圖。該波導結構200包括基片集成波導110和平行板波導120。

在波導結構100中，基片集成波導110和平行板波導120分別包括相對的第一端和第二端。基片集成波導110的第一端具有多個輸入端口，平行板波導120的第二端具有輸出端口?；刹▽?10的第二端具有與多個輸入端口相對應的多個耦合端口，并且與平行板波導120的第一端彼此鄰接。在工作中，電磁波從多個輸入端口經由多個耦合端口傳輸至輸出端口。

在基片集成波導110中形成并聯(lián)的多個腔體。導電柱115排列成隊列以形成每個腔體彼此相對的側壁。每個腔體從一個輸入端口延伸至相應的耦合端口。

進一步地，多個導電柱115中的一部分導電柱還構成位于耦合端口中心的十字形結構，從而將每個耦合端口等分成兩個耦合窗口。進一步地，多個導電柱115還包括位于每個耦合窗口的中心位置的中心導電柱。

根據該實施例的波導結構包括彼此并聯(lián)的多個腔體，從而可以提高電磁波的傳輸效率和功率容量。

圖4示出根據本實用新型第三實施例的天線裝置的示意性結構圖。天線裝置100包括依次連接的收發(fā)信機310、波導結構100和天線320。

收發(fā)信機310用于將通信數據轉換成用于發(fā)送的電信號，或者將接收的電信號轉換成通信數據。

波導結構100包括基片集成波導110和平行板波導120?；刹▽?10包括輸入端口和耦合端口，平行板波導120與基片集成波導110鄰接，并且包括輸出端口。在工作中，電磁波從多個輸入端口經由多個耦合端口傳輸至輸出端口。

收發(fā)信機310與波導結構100之間的連接可以采用微帶線。該微帶線連接至波導結構的輸入端口，在基片集成波導中以TE模的電磁波傳輸，經由耦合端口轉換成TEM模的電磁波，在平行板波導中進一步傳輸，從而在波導結構的輸出端口提供TEM模的電磁波。

天線320用于電信號的發(fā)送和接收，在發(fā)送狀態(tài)將饋電線上傳輸的電信號轉換成自由空間中傳播的電磁波，在接收狀態(tài)進行相反的轉換。天線320例如是連續(xù)橫向枝節(jié)(CTS)天線，包括平行板波導及連續(xù)橫向枝節(jié)，平行板波導作為傳輸線，連續(xù)橫向枝節(jié)用于輻射元件。CTS天線的饋電方式為TEM模。

天線320與波導結構100的輸出端口連接。在該實施例中，波導結構100用于將TE模的電磁波轉換成TEM模的電磁波，從而與天線320的饋電方式匹配。

在該實施例中，波導結構100的電磁波轉換功能使得可以獨立設計天線320的輻射特性，從而可以簡化天線設計以及實現(xiàn)相控陣的掃描功能。

應當說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

最后應說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之中。