一种W频段波导-带状线转换结构的制作方法

本发明涉及一种w频段毫米波转换结构。

背景技术：

随着77ghz汽车防撞雷达，w频段安检仪在近些年的兴起。在微波多层板上实现w频段多功能电路的需求越来越多。现有的印制板传输线与波导间过度方式多为的微带线探针和鳍线等过渡方式，一般情况需要把微带线嵌入在波导中，往往体积较大，并且只能在边缘实现。

而对于w频段信号，馈线的长短对插入损耗指标影响大。多天线阵列天线，输入端放在天线阵面中心与放在阵面边缘相比，具有馈线长度短，插损小，走线方便，以及可实现所有天线的各路馈线长度和相位相等的优点。传统的微带转波导结构是难以实现的。需要一种结构紧凑的w频段波导-传输线转换结构

带状线在w频段上的色散优于微带线(tem模的色散优于准tem模)。带状线电磁屏蔽要好于微带线。带状线的走线在微波多层板的中间层，可方便与波导结构对接。由于以上几点优势，w频段波导-带状线转换结构非常适用于w频段微波多层板与波导间的能量转换。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有w频段微带转波导结构体积结构大，在微波多层表面实现困难等缺点。本发明提供了一种简单w频段波导-带状线转换结构，可将标准波导口直接与微波多层板最上层相连接，通过中间带状线匹配电路设计，满足w频段带状线到波导能量转换需求。具有过渡结构小巧，实现简单，驻波、插入损耗指标优异等特点。

本发明所采用的技术方案是：一种w频段波导-带状线转换结构，包括波导和微波多层板；微波多层板为四层板，从上到下依次为top金属层、带状线上层、带状线层以及带状线下层，每层之间为陶瓷介质材料，top金属层、带状线上层、带状线层、带状线下层及各层之间的陶瓷介质材料压合形成微波多层板；top金属层中部通过刻蚀工艺形成金属贴片；带状线上层中部通过刻蚀形成方形槽；带状线层上刻蚀出带状传输线；w频段毫米波能量由带状传输线传输，通过方形槽激励金属贴片，传输至波导中；在方形槽周围设置一周金属化过孔，金属化过孔贯穿并垂直于微波多层板，形成金属电壁，对微波能量进行约束；波导通过法兰安装在微波多层板上，贴紧top金属层。

所述top金属层、带状线上层、带状线层、带状线下层的材料为铜。

所述top金属层、带状线上层之间的介质为rog4350b，厚度为0.508mm。

所述带状线层、带状线下层之间的介质为rog4350b，厚度为0.168mm。

所述带状线上层、带状线层之间的介质为半固化片rog4450，厚度为0.1mm。

所述波导型号为wr10。

所述金属贴片位于方形槽中心正上方。

所述带状传输线从方形槽正下方穿过，末端距方形槽中心的距离为1/4w频段毫米波能量中心频率在陶瓷介质中的波长λg。

所述两个相邻金属化过孔之间的间距s＜λg/5。

所述金属化过孔的直径d满足：s＜4d。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)与传统波导-微带线探针结构相比，体积更小，结构更紧凑。波导可直接扣在微波多层板的最上层，无需复杂结构设计，连接简单。

(2)对带状线以下的介质厚度不敏感，方便进行更多的多层板压合，利于实现复杂电路设计。

(3)波导直接过渡成带状线进行能量传输。在相同的陶瓷微波多层板介质中，w频段上带状线传输的色散和插入损耗指标要优于微带线。隔离和屏蔽效果也优于微带线。

附图说明

图1为w频段波导-带状线转换结构示意图；

图2为w频段波导-带状线转换结构剖面图；

图3为w频段波导-带状线转换结构s参数指标。

具体实施方式

结合附图对本发明进行进一步说明。

图1所描述的w频段波导-带状线转换结构，是一种可以应用于在w频段(75ghz～81ghz)的转换结构。如图1、图2所示，一种w频段波导-带状线转换结构，包括波导1和微波多层板；微波多层板为四层板，从上到下依次为top金属层6、带状线上层7、带状线层8以及带状线下层9，每层之间为陶瓷介质材料，top金属层6、带状线上层7、带状线层8、带状线下层9及各层之间的陶瓷介质材料压合形成微波多层板；top金属层6中部通过刻蚀工艺形成金属贴片2；带状线上层7中部通过刻蚀形成方形槽3；带状线层8上刻蚀出带状传输线4，w频段毫米波能量75～81ghz由带状传输线4传输，通过方形槽3激励金属贴片2，传输至波导1中；在方形槽3周围设置一周金属化过孔5，金属化过孔5贯穿top金属层6、带状线上层7、带状线层8以及带状线下层9，形成金属电壁，对微波能量进行约束；波导1通过法兰安装在微波多层板上，贴紧top金属层6。

top金属层6、带状线上层7、带状线层8、带状线下层9的材料为铜；

top金属层6、带状线上层7之间的介质为rog4350b，厚度为0.508mm。

带状线层8、带状线下层9之间的介质为rog4350b，厚度为0.168mm。

带状线上层7、带状线层8之间的介质为半固化片rog4450，厚度为0.1mm。

波导1型号为wr10。

金属贴片2位于方形槽3中心正上方。

带状传输线从方形槽3正下方穿过，末端距方形槽3中心的距离为1/4中心频率波长。

金属化过孔5的直径为0.2mm，相邻两金属化过孔5的间距小于0.6mm。

带状传输线4的特征阻抗为50ω。

两个相邻金属化过孔5之间的间距s＜λg/5。

金属化过孔5的直径d满足：s＜4d。

本发明的工作原理：带状线层8中的带状线末端开路，激励由上层的耦合开孔3和金属贴片2组成的垂直方向的匹配电路，使得电磁场传输由平行于微波多层板方向的tem模式变为垂直于微波多层板方向te10模式。金属化过孔5形成了一个矩形介质腔，保证了电磁波不会产生主模以外的高次模式，并将电磁场能量约束在矩形介质腔内。波导1通过定位装置将螺钉拧在微波多层板上与top金属层6紧密贴合。由于微波多层板介质与空气的介电常数不同，金属化过孔5形成的矩形介质腔的要略小于标准波导口，以保证电磁场从多层板介质传输到空气中的阻抗匹配。

整个发明中，耦合孔3和金属贴片2形成的匹配电路起到频率调谐的作用，耦合孔3开口尺寸和金属贴片2的大小起影响传输频率和带宽。介质基板和半固化片厚度影响到了插损。w频段波导-带状线转换结构的性能是以上几个参量综合作用的结果，最后通过仿真使得w频段波导-带状线转换结构在(75ghz～81ghz)具有较好的差损和驻波。如图3所示。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种W频段波导‑带状线转换结构。由标准波导(1)，微波多层板，金属贴片(2)，耦合孔(3)，以及带金属过孔(5)的带状线(4)组成。可将标准波导(1)直接固定连接在微波多层板最上层(6)，电磁场通过带状线传输，通过耦合孔(3)后激励top金属层的金属贴片(2)，最后将能量馈入到标准波导(1)中。金属化过孔(5)在垂直于微波多层板方向上形成了一个矩形腔，限定电磁波只能以主模形式进入到标准波导中。本发明在W频段(75GHz～81GHz)的插损低和驻波小。结构简单紧凑。可作为一种简便的w频段波导‑带状线转换装置，广泛的用于W频段汽车雷达，W频段安检仪等设备。

技术研发人员：朱明;许戎戎;孙兆洋;周丽萍;任百玲;刘强
受保护的技术使用者：北京遥测技术研究所;航天长征火箭技术有限公司
技术研发日：2018.11.28
技术公布日：2019.03.08