一种针对波导-探针-波导形式的双层腔体结构的制作方法

文档序号:6897885阅读:200来源:国知局
专利名称:一种针对波导-探针-波导形式的双层腔体结构的制作方法
技术领域
本发明涉及电磁场、机械加工以及微封装技术领域,尤其涉及一种针 对波导-探针-波导形式的双层腔体结构,可以在完成波导到微带过渡的同
时实现3dB功率合成,并且能够获得良好的输入输出反射性能,损耗小, 频段宽。该结构表现出高效率,低损耗,加工简单,装配方便等特点,是 在完成波导级功率放大模块的研制过程中形成的新的腔体结构。
背景技术
在毫米波波段,微带线是毫米波集成电路和混合集成电路中一种十分 重要的传输形式,但是目前许多的毫米波测试系统和器件的接口都是采用 标准矩形波导,因此如何实现波导与微带线的转换就成了人们日益关注的 课题。
目前,实现波导到微带线过渡转换的方法主要有
1、 波导一脊波导一微带线过渡;
2、 波导一对极鳍线一微带线过渡;
3、 波导一槽口一微带线过渡;
4、 波导一探针一微带线过渡;
微带探针过渡是目前应用最为广泛的波导-微带线过渡方式,其优点 为插入损耗低、回波损耗小、频带宽,且结构紧凑、加工方便、装卸容 易,特别适合于毫米波应用。
此外,随着毫米波技术在制导、雷达、短程通信等领域得到广泛的应 用,对毫米波信号源的输出功率也提出了越来越高的要求,目前单个固态 器件的输出功率因受到散热、阻抗匹配、工艺的限制而无法达到应用的要 求,必须开展功率放大模块的研制。
本发明是一种针对波导-探针-波导形式的双层腔体结构,含有波导腔 体设计,探针设计以及微封装技术三个方面,该结构在实现波导到微带过
3渡的同时完成3dB功率合成。

发明内容
(一) 要解决的技术问题
本发明的主要目的是提供一种针对波导-探针-波导形式的双层腔体结
构,以实现波导到微带过渡的同时完成3dB功率合成,提高合成的效率, 降低损耗,并实现宽频带特性。
(二) 技术方案
为达到上述目的,本发明采用的技术方案如下
一种针对波导-探针-波导形式的双层腔体结构,该双层腔体结构采用 精密一体化加工,包括三个部分输入波导腔、双层波导-探针-波导转换 部分和输出波导腔;其中,双层波导-探针-波导转换部分由波导-探针转换 结构和探针-波导转换结构两部分构成;信号从输入波导腔输入,通过波导 -探针转换结构耦合形成两路信号,实现功率3dB分配,该两路信号分别 经过阻抗匹配与信号放大,由探针-波导转换结构进行耦合,实现3dB功 率合成,最后信号由输出波导腔输出。
上述方案中,所述双层波导-探针-波导转换部分具有一双层探针。
上述方案中,所述双层探针是上下两个完全一样的并行探针,通过在 波导腔宽边开出的窗口伸入波导腔内,实现信号的耦合转换;在两个探针 中耦合出相位和幅度完全一样的信号,实现功率的3dB分配。
上述方案中,所述双层探针包括一输入探针和一输出探针,该输入探 针和输出探针完全一致,二者分别通过上下的双层微带线连接,以实现阻 抗匹配与功率放大。
上述方案中,所述输入探针用于实现功率的3dB分配,输出探针用于 实现功率的3dB合成。
上述方案中,所述探针采用微细加工的方法制作于陶瓷基片上。
上述方案中,该双层腔体结构采用金属材质,并通过一体化精密加工 手段制作而成。
4(三)有益效果 从上述技术方案可以看出,本发明具有以下有益效果
1、 本发明提供的这种针对波导-探针-波导形式的双层腔体结构,在实 际应用中可以成功实现波导到微带过渡的同时完成3dB功率合成,该结构 合成效率高,插入损耗小,能够获得良好的输入输出反射性能,并具有宽 频带特性。
2、 本发明提供的这种针对波导-探针-波导形式的双层腔体结构,表现 出高效率,低损耗,加工简单,装配方便等特点,是在完成波导级功率放 大模块的研制过程中形成的新的腔体结构。


图1是本发明提供的针对波导-探针-波导形式的双层腔体结构的三维 立体示意图2是本发明提供的针对波导-探针-波导形式的双层腔体结构的俯视
图3是将本发明提供的针对波导-探针-波导形式的双层腔体结构应用 于Ka波段的小信号插入损耗测试图4是将本发明提供的针对波导-探针-波导形式的双层腔体结构应用 于Ka波段的小信号输入输出端口反射测试图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实 施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。
请参照图1和图2,本发明提供的这种针对波导-探针-波导形式的双
层腔体结构,采用精密一体化加工,包括三个部分输入波导腔、双层波 导-探针-波导转换部分和输出波导腔。其中,双层波导-探针-波导转换部分 由波导-探针转换结构和探针-波导转换结构两部分构成。信号从输入波导
腔输入,通过波导-探针转换结构耦合形成两路信号,实现功率3dB分配, 该两路信号分别经过阻抗匹配与信号放大,由探针-波导转换结构进行耦 合,实现3dB功率合成,最后信号由输出波导腔输出。所述双层波导-探针-波导转换部分具有一双层探针,该双层探针是上 下两个完全一样的并行探针,通过在波导腔宽边开出的窗口伸入波导腔 内,实现信号的耦合转换;在两个探针中耦合出相位和幅度完全一样的信
号,实现功率的3dB分配。该双层探针包括一输入探针和一输出探针,该
输入探针和输出探针完全一致,二者分别通过上下的双层微带线连接,以
实现阻抗匹配与功率放大。输入探针用于实现功率的3dB分配,输出探针 用于实现功率的3dB合成。
该双层腔体结构采用金属材质,并通过一体化精密加工手段制作而 成。探针采用微细加工的方法制作于陶瓷基片上。
本发明提供的这种针对波导-探针-波导形式的双层腔体结构,主要的 尺寸包括工作频段内方波导的长度a,宽度b,矩形波导宽边用于伸入探 针的窗口宽度W和长度H,上层探针l,下层探针2,两层腔体的中心间 距d,探针放置的位置距离段路面为L,探针的尺寸为宽度W1,长度L1, 匹配网络包括高感抗微带线,宽度为W2,长度L2,四分之一组扛变换微 带线,宽度为W3,长度为L3,最后匹配到50欧姆,50欧姆微带线宽度 为W4。
本发明提供的针对波导-探针-波导形式的双层腔体结构的制作方法,
包括以下步骤
步骤1、确定工作频率,参照国际标准,选择相对应的标准方波导几 何尺寸,这里包括波导的宽度a和长度b;
步骤2、设计双层探针插入波导内部的位置,包括设计矩形波导宽窗 口的宽度W和长度H,波导终端短路距离L以及双层探针之间的距离d。 通过设计合适的尺寸,实现良好的波导-微带转换,使转换电路在所需要的 频率范围内插入损耗小,驻波好。并将计算所得的参数带入HFSS软件中 进行优化,得到腔体和窗口设计的最佳几何尺寸;
步骤3、根据相应的指标要求,包括频率范围、插入损耗、驻波比、 功率要求等,确定波导探针的尺寸,根据最强耦合能量,较小的插入损耗 和输入驻波比的要求,获得双层探针的宽度W1、长度L1。
步骤4、得到探针的输入阻抗,设计阻抗匹配网络。匹配网络包括高 感抗微带线和四分之一阻抗变换线,其中,高感抗线用于抵销输入阻抗中的虚部,四分之一阻抗变换线用与实现将实部阻抗变换到50欧姆。高感 抗微带线宽度为W2,长度为L2,四分之一阻抗变换线的宽度为W3,长 度为L3。
步骤5、制作探针和腔体,用微细加工方法在合适的衬底上制作探针, 使其满足尺寸要求。采用金属材料用机械加工的方式制作双层腔体结构。, 利用微封装技术安装整体。
步骤6、测试分析,用采用波导接口的网络分析仪测试整个基于波导-
探针-波导系统的双层腔体结构的插入损耗,驻波比。
在实际工作经验中发现,波导-探针-波导结构可以有效完成信号转换
功能,但是如果按照传统方法制作单层结构,不仅加工复杂,而且浪费了 空间合成的优势。本发明所提出的基于波导-探针-波导形式的双层腔体结 构,可以在实现波导到微带过渡的同时完成3dB功率合成的问题,并且获
得良好的输入输出反射性能,损耗小,频段宽。
图1给出了以Ka波段为实例的腔体的三维图,图2给出了此结构的 俯视图。该设计引入的插入损耗非常低,从图3中可以看出,在28至38GHz 频带范围内,插入损耗0.6dB,测试采用的是背靠背探针测试方法,因此, 单端探针的插入损耗只有不到0.3dB。同时此结构也体现了宽带特性。从 图4中可以看到,输入、输出反射都很低。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而 已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修 改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种针对波导-探针-波导形式的双层腔体结构,其特征在于,该双层腔体结构采用精密一体化加工,包括三个部分输入波导腔、双层波导-探针-波导转换部分和输出波导腔;其中,双层波导-探针-波导转换部分由波导-探针转换结构和探针-波导转换结构两部分构成;信号从输入波导腔输入,通过波导-探针转换结构耦合形成两路信号,实现功率3dB分配,该两路信号分别经过阻抗匹配与信号放大,由探针-波导转换结构进行耦合,实现3dB功率合成,最后信号由输出波导腔输出。
2、 根据权利要求1所述的针对波导-探针-波导形式的双层腔体结构, 其特征在于,所述双层波导-探针-波导转换部分具有一双层探针。
3、 根据权利要求2所述的针对波导-探针-波导形式的双层腔体结构, 其特征在于,所述双层探针是上下两个完全一样的并行探针,通过在波导 腔宽边开出的窗口伸入波导腔内,实现信号的耦合转换;在两个探针中耦 合出相位和幅度完全一样的信号,实现功率的3dB分配。
4、 根据权利要求3所述的针对波导-探针-波导形式的双层腔体结构, 其特征在于,所述双层探针包括一输入探针和一输出探针,该输入探针和 输出探针完全一致,二者分别通过上下的双层微带线连接,以实现阻抗匹 配与功率放大。
5、 根据权利要求4所述的针对波导-探针-波导形式的双层腔体结构, 其特征在于,所述输入探针用于实现功率的3dB分配,输出探针用于实现 功率的3dB合成。
6、 根据权利要求5所述的针对波导-探针-波导形式的双层腔体结构, 其特征在于,所述探针采用微细加工的方法制作于陶瓷基片上。
7、 根据权利要求6所述的针对波导-探针-波导形式的双层腔体结构, 其特征在于,该双层腔体结构采用金属材质,并通过一体化精密加工手段 制作而成。
全文摘要
本发明公开了一种针对波导-探针-波导形式的双层腔体结构,该结构采用精密一体化加工,包括三个部分输入波导腔、双层波导-探针-波导转换部分和输出波导腔;其中,双层波导-探针-波导转换部分由波导-探针转换结构和探针-波导转换结构两部分构成;信号从输入波导腔输入,通过波导-探针转换结构耦合形成两路信号,实现功率3dB分配,两路信号分别经过阻抗匹配与信号放大,由探针-波导转换结构进行耦合,实现3dB功率合成,最后信号由输出波导腔输出。利用本发明,实现了波导到微带过渡的同时完成3dB功率合成,提高了合成的效率,降低了损耗,实现了宽频带特性。
文档编号H01P5/12GK101667674SQ20081011958
公开日2010年3月10日 申请日期2008年9月3日 优先权日2008年9月3日
发明者刘新宇, 袁婷婷, 阎跃鹏, 陈中子, 陈晓娟, 陈高鹏 申请人:中国科学院微电子研究所
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