全带宽矩形波导同轴转换装置的制作方法

本实用新型涉及一种微波通讯领域中的矩形波导同轴转换装置。

背景技术：

波导广泛应用于微波通信领域，根据其截面形状的不同，可分为矩形波导，圆形波导，双脊波导，椭圆波导。鉴于波导具有电磁屏蔽性好、损耗低的特性，因此常被应用于远距离微波传输设备。而矩形波导由于其结构简单，更是被广泛应用于卫星通信。在干扰与抗干扰通信领域的设备中，常以矩形波导作为输入/输出端口，而实际工程中的馈电电缆及矢量分析仪、频谱分析仪、功率放大器等则也是以同轴线作为输入/输出端口。矩形波导同轴转换器作为同轴线（TEM模）到矩形波导（TE模）的转换装置，被大量使用在波导设备中。

由于波导通信常被运用在高频超高频领域，其腔体尺寸通常仅为毫米级，因此设计简单、利于制作的矩形波导同轴转换器被广泛需求。但是，矩形波导同轴转换器因反射系数高，导致插入损耗过大，且矩形波导转换器很难在全波导带宽内实现低反射系数。如果为降低反射系数增加复杂的内部结构，将增加制作难度。

目前，矩形波导同轴转换装置根据其波导腔体内部结构的不同可以划分为同轴探针波导转换器、双脊矩形波导转换器、微带线波导转换器等。其中，同轴探针波导转换器和双脊矩形波导转换器具有全带宽内反射系数高的特点，而微带线波导转换器则具有频率带宽窄、无法实现全带低反射系数的特点。

现有技术中，为降低反射系数，扩展频率带宽，采用的技术手段主要有：同轴线探针顶部加粗或添加碟片，腔体内部多处添加谐振螺钉，腔体内部填充介质或加入同轴线介质外套以及阶梯状墙体结构等。但是，由于设计复杂，制作困难，且频率带宽扩展范围过窄，仅适用于标准波导（波导开口长宽比为2:1），不能得到广泛应用。

技术实现要素：

本实用新型提出了全带宽矩形波导同轴转换装置，其目的在于：降低反射系数，在波导全带宽获得更好的反射系数特性，减少损耗，提高其转换效率，并使其结构更容易制作成型。

本实用新型技术方案如下：

全带宽矩形波导同轴转换装置，包括矩形波导体，所述矩形波导体前端具有开口，后面为截止壁，还设有同轴连接器，所述同轴连接器的金属内轴从矩形波导体底部外侧连接至矩形波导体内的金属制的探针，所述探针外侧包敷有非金属介质层；

所述矩形波导体的腔体中还设有与内腔底壁垂直相接的金属体，所述金属体位于探针的前侧。

作为本装置的进一步改进：所述金属体的中心相对于探针在左右方向上偏置设置。

作为本装置的进一步改进：所述非金属介质层均匀包覆在探针周边。

作为本装置的进一步改进：所述包覆在探针周边的非金属介质层材料为聚四氟乙烯。

作为本装置的进一步改进：所述金属体为长方体。

作为本装置的进一步改进：所述金属体为长方体，该长方体的中心与探针在前后方向上的距离为0.1～0.14波长，与探针在左右方向上的距离为0.06～0.14波长，所述长方体在左右方向上的长度为0.125～0.26波长，在前后方向上的厚度为0.038～0.085波长，高度为0.042～0.067波长。

作为本装置的进一步改进：所述矩形波导体的内截面宽度为149.9/fc, fc为矩形波导的截止频率，矩形波导体的内截面高度小于等于矩形波导体内截面宽度的0.7倍，所述内截面是指矩形波导体内腔在垂直于前后方向的平面内的截面。

作为本装置的进一步改进：所述探针位于截止壁前侧1/4波长处。

相对于现有技术，本实用新型具有以下积极效果：在增加非金属介质层的基础上，在波导内壁底部增加金属块，矩形波导同轴转换装置在全波导带宽的反射系数大幅度降低，有效匹配阻抗，提高了转换效率，效果稳定，并因其探针及非金属介质层结构与标准50欧姆同轴连接器连接，探针均匀包覆介质层，获得实测带宽更宽，结构简单，加工、成型更加容易，可以以标准化的方式，以全带宽的频率范围，广泛应用在微波通讯领域中的矩形波导技术中。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1的俯视示意图。

图3为实施例中仿真结果的对比图。

图4为实施例中仿真结果与成品加工后测试结果的对比图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的技术方案：

如图1和2，一种全带宽矩形波导同轴转换装置，可以应用于矩形波导体1，所述矩形波导体1前端具有开口7，后面为截止壁6，使电磁波只能向开口7方向进行传播。

本专利技术可应用于所述截面宽度为149.9/fc的矩形波导体1内（fc为矩形波导的截止频率），矩形波导体1的内截面高度小于等于矩形波导体1内截面宽度的0.7倍，所述内截面是指矩形波导体1内腔在垂直于前后方向的平面内的截面。优选的，所述矩形波导体1为内截面高度为矩形波导体1内截面宽度的0.5倍的标准波导。

本装置还设有同轴连接器3，所述同轴连接器3的金属内轴从矩形波导体1底部外侧与矩形波导体1内金属制的探针2相连接。所述探针2位于截止壁6前侧约1/4波长处。所述金属探针2可视为小型单极子天线，尺寸根据矩形波导截面高度设计而成，激励出TE模式的电磁波。

所述探针2外侧包敷有非金属介质层4；优选的，该非金属介质层4均匀地包覆在探针2周边，材料为聚四氟乙烯，用于降低矩形波导的等效阻抗，使矩形波导同轴转换器的反射系数有所降低。

所述矩形波导体1的腔体中还设有与内腔底壁垂直相接的金属体5，所述金属体5位于探针2的前侧。优选的，所述金属体5的中心相对于探针2在左右方向上偏置设置。应用时，可通过微观调节金属体5的尺寸大小及距探针2的距离，进一步匹配矩形波导的阻抗。

所述金属体5为长方体。

应用在标准波导时，金属体5按如下尺寸进行设置：该长方体的中心与探针2在前后方向上的距离优选为0.138波长，与探针2在左右方向上的距离优选为0.117波长，所述长方体在左右方向上的长度优选为0.24波长，在前后方向上的厚度优选为0.0625波长，高度优选为0.062波长。

下面采用对比实验来验证本实用新型的技术效果。仿真所采用的软件为CST的Microwave studio。以WR-75标准波导为例，分别以下列方案测试转换装置在不同频率下的回波损耗：

A、仅运用传统金属探针2，不设置非金属介质和金属块；

B、运用标准50欧同轴连接器金属探针2，金属探针2包覆有非金属介质层4，不设置金属块；

C、采用本实用新型的优选技术方案，在金属探针2外包敷非金属介质层4，同时设置金属块。

得到的三组结果曲线如图3所示，图中纵坐标为回波损耗，横坐标为频率。

由图3可知，在同轴线仅连接金属探针2的情况下，全带宽（10GHz-15GHz）回波损耗为-14.5dB。当金属探针2外包敷非金属介质层4后，回波损耗可降低至-18dB；而当加入本专利的金属块后，回波损耗可达到-21.5dB，通过计算可知，此时反射系数低于10%。

仿真结果与成品加工后测试结果的对比如图4所示，实线为仿真结果，虚线为成品加工后测试结果。很多实用新型方案由于加工难度以及精度的原因，实际加工测试结果往往比仿真结果要差。而本技术方案实施例中，仿真结果显示频率带宽9.75GHz～15.2GHz范围内，回波损耗低于-20dB，而测试结果显示8.78GHz～15.75GHz范围内，回波损耗低于-20dB。实际测得频率带宽比模拟结果增加1.5GHz。

由此可见，经采取以上两项措施后，可使矩形波导同轴转换装置在全带宽反射系数降低至优秀水平，同时减少矩形波导同轴转换器的损耗，提高其转换效率，且其结构简单，易于加工成型。进一步可推知，本实用新型所涉及结构应用于其他尺寸波导时，也可以获得类似的技术效果。