具有滤波特性的波导到微带过渡结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及微波滤波器技术领域，具体设及一种具有滤波特性的波导到微带过渡 结构。
【背景技术】
[0002] 矩形波导具有导体损耗小、功率容量大、无福射损耗、结构简单、易于制造等优点， 广泛应用3000MHz~300G化的微波频段和毫米波频段的通信、雷达、遥感、电子对抗和测量 等系统中。在20世纪50年代W前，所有的微波设备几乎都是采用波导或者同轴线。随着毫米 波技术的发展，毫米波混合集成电路与单片集成电路在通信、雷达、制导W及其它一些系统 中得到广泛地应用。
[0003] 目前，在毫米波技术中，微带传输线正在越来越多的场合取代金属波导，成为制作 毫米波集成电路的重要传输线。在使用MMIC的毫米波系统中，对各个MMIC之间的连接采用 的是微带线。而现有的毫米波测试系统往往采用的是矩形波导接口，运就要求在使用MMIC 的系统中寻找一种低成本、低损耗、易制造的矩形波导到微带过渡。目前常用的过渡结构 有：阶梯脊波导过渡、对脊罐线过渡、禪合探针过渡等。运些过渡结构带宽较宽，插入损耗 小。为了便于测试、传输W及独立微带电路之间的连接，如何实现波导与微带间的低损耗转 换就成了微波毫米波技术研究的重要内容。
[0004] 微带-探针-波导过渡的插入损耗低，驻波小，重复性好，是毫米波平面集成电路中 应用最为广泛的一种过渡结构。在运种结构中微带探针经过一段高阻抗线变换到微带线， 利用一段起禪合作用的探针把波导中的电磁场禪合到微带中去。矩形波导中离开过渡探针 入/4的短路面保证探针在波导内处于最大电压，即电场最强位置。介质基片穿过矩形波导， 固定在测试腔体上，为基片提供了定位保证。
[0005] 现有的波导到微带过渡主要有W下几种方式来实现：
[0006] 第一种是微带过渡为波导-探针-微带过渡。该波导到微带过渡的插入损耗低，驻 波小，重复性好，是毫米波平面集成电路中应用最为广泛的一种过渡结构。但是该结构功能 单一、频率选择性差，即：仅具有把能量从波导结构禪合到微带结构的单一功能，不具有一 种结构具有多种功能的特性，不利于系统的小型化设计。频率选择性差。该结构可W具有在 较宽的一个频带范围内实现较低能量损耗的传输特性，但是频率的选择性比较差。在具体 的应用场合下，系统有工作带宽的限制，所W利用此结构不能达到较好带宽选择的目的 (Y.-C丄eong,S.Weinreb,"Full band waveguide-to-microstrip probe transitions", IE邸 MTT-S Microwave Symposium Diges'Vol.4,pp.1435-1438,June 1999)。
[0007] 第二种是波导-对极罐线-微带过渡。在运种结构中，罐线槽宽逐渐变化到全高金 属波导，在面对空波导的罐线渐变段末端，由介质基片引入的不连续效应通过一段或两段 四分之一工作波长变换段减至最小。但是该结构功能单一、频率选择性差，不利于系统的小 型化设计(蒲大雁，"基于磁禪合的矩形波导一微带过渡电路研究及应用"，硕±论文，电子 科技大学，2009)。
[0008] 第=种是波导-脊波导-微带过渡。相对于标准波导，加脊波导频带宽、波导内电场 分布较为集中，因而决定了它能很好地完成从标准矩形波导到微带过渡所需的场匹配和阻 抗匹配。但是该结构功能单一、体积大、频率选择性差，同时需要精确的机械加工，体积也较 大，不利于系统的小型化设计（周杨等，"脊波导到微带过渡器的仿真设计"，实验科学与技 术，第6卷，第5期，2008年10月）。
[0009] 第四种是波导-同轴探针-微带过渡。采用一个波导同轴过渡结构将传输线从波导 转换成同轴系统，再通过同轴微带过渡结构完成转换。但是该结构功能单一、频率选择性差 (宋志东等，"一种Ka波段宽带波导-微带转换器的研制"，火控雷达技术，第43卷第4期(总第 170期），2014 年 12月）。
[0010] 现有的波导型罐线滤波器主要有W下几种方式来实现：
[0011] 在金属波导内加载带有某种电路结构的介质基片，W实现其具有滤波特性的目 的。但是该结构在通带外不能引入传输零点而使频率选择性及带外抑制特性差(饶克谨等， "毫米波罐线滤波器的优化设计"，电子学报，第6期，1988年11月）。
【发明内容】
[0012] 本发明所要解决的技术问题是提供一种小型化的且具有良好的频率选择性及带 外抑制特性波导到微带过渡结构。
[0013] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:该具有滤波功能的波导到微带过 渡结构包括金属波导和插入到波导内部的介质基片。其中波导结构包括一端为短路结构矩 形金属波导、约束腔和固定腔，所述一端为短路结构矩形金属波导、约束腔及固定腔均为中 间为一定介质填充的导波结构，所述的固定腔和约束腔均在一端为短路结构矩形金属波导 的宽边某一位置处靠近短路端一侧的位置处与其相连;介质基片包括从上到下依次层叠设 置的上金属层、复合介质材料、下金属层，所述上金属层上印制有电路结构，所述电路结构 包括探针、阻抗变换器(可省略)和微带线。所述的探针、阻抗变换器相连和微带线依次相连 接。所述下金属层上也印制有电路结构，所述电路结构包括周期性加载的金属片;贯穿=层 的用于抑制能量泄漏的金属化通孔。
[0014] 所述的一端为短路结构矩形金属波导、约束腔和固定腔与介质基片共同组成具有 滤波功能的波导到微带过渡，介质基片的上层电路形成波导到微带过渡，探针伸入波导中 形成一个电探针，然后再经过一段高阻抗线使阻抗匹配到微带线的特征阻抗，通过探针的 禪合作用把波导中的电磁场禪合到微带线中去。介质基片穿过矩形波导，固定在固定腔上， 为基片提供了定位保证，同时增加了探针的禪合量。在介质基片的下金属层上印制有周期 性的电路结构。
[0015] 进一步的是，所述介质基片下金属层周期性电路任意两个彼此相邻的电路结构之 间形成一个谐振腔。
[0016] 进一步的是，所述介质基片上金属电路中的探针的相对位置位于下金属层周期性 电路的任意两个电路结构的某一位置处。
[0017] 进一步的是，介质基片固定在一端为短路结构矩形金属波导宽边的某一位置处， 微带线固定在约束腔底部的金属上。
[0018] 本发明的有益效果:本发明是在传统波导到微带过渡结构的基础上，在不影响波 导到微带过渡电磁能量传输特性的前提下，通过周期性结构加载使其具有了滤波特性。但 是运一发明所表现出的性能并不是两种结构所具有功能的简单叠加，而是在具有两者性能 优势的基础上，根据两者的相互电磁作用而产生了更加优越的性能。使传统的波导到微带 过渡结构具有滤波特性，提高了该结构的性能;缩小了结构的体积，提高了系统的集成性； 在阻带内引入了多个传输零点，提高了器件的选择性及带外抑制特性。
【附图说明】
[0019] 图1是传统的波导到微带过渡结构及其传输特性；
[0020] 图2是传统的罐线滤波器结构及其传输特性；
[0021] 图3是本发明实施例一所述的具有滤波功能的波导到微带过渡整体结构图；
[0022] 图4是本发明实施例一所述的插入到波导内部的介质基片的横截面示意图；
[0023] 图5是本发明实施例一所述的介质基片的俯视图；
[0024] 图6是本发明实施例一所述的介质基片的仰视图；
[0025] 图7是本发明实施例一所述的具有滤波功能的波导到微带过渡的传输特性曲线；
[0026] 图8是本发明实施例S所述的介质基片的俯视图；
[0027] 图9是本发明实施例六所述的介质基片的俯视图；
[00%]图中标记说明：波导1、一端为短路结构的矩形波导101、约束腔102、固定腔103、波 导短路面104、介质基片2、介质基片上层金属201、探针2011、阻抗变换器2012、微带线2013、 复合材料介质202、介质基片下层金属203、周期性电路结构2031、2032、2033、2034、贯穿^ 层的用于抑制能量泄漏的金属化通孔204。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的说明。
[0030] 本发明的具有滤波功能的波导到微带过渡，包括波导、约束腔插入到波导内部的 介质基片，介质基片上印制有电路。下面结合几个实施例具体说明。
[0031] 实施例一；
[0032] 如图3所示，该具有滤波功能的波导到微带过渡，包括从内到外依次为波导1、介质 基片2,所述波导1包括从前到后依次固定腔103、一端为短路结构的矩形波导101和约束腔 102,并依次相连，所述固定腔103在靠近波导短路面104的一侧与一端为短路结构的矩形波 导101宽边的某一位置处与其相连，约束腔102在靠近波导段路面104的一侧与一端为短路 结构的矩形波导101宽边的某一位置处与其相连。所述一端为短路结构的矩形波导101可W 采用多种规格的矩形波导或其他类型的波导实现，例如对于W波段的具有滤波功能的波导 到微带过渡来讲，所述一端为短路结构的矩形波导101采用WR-IO标准波导。
[0033] 如图4所示，所述的介质基片2,包括从上到下依次层叠设置的上金属层201、复合 材料介质202、下金属层203,所述上金属层上印制有电路结构，如图5所示，所述电路结构包 括探针2011、阻抗变换器2012、微带线2013,所述探针2011与阻抗变换器2012-端相连，阻 抗变换器的另一端与微带线2013相连;所述下金属层上印制有电路结构，如图6所示，所述 电路结构为周期性电路结构2031、2032、2033、2034,每个电路单元之间依次相邻。所述介质 基片2可W采用多种规格的介质基板实现，也可W根据工作频段的不同而有所差异。
[0034] 在图3中，介质基片位于一端为短路结构的矩形波导101的宽边的某一位置处，伸 入约束腔102和固定腔103部分的介质基片2固定在约束腔102和固定腔103的底部。
[0035] 所述的波导1、介质基片2的上金属层201和复合材料介质202构成波导到微带过渡 结构。当探针2011位于波导E面的电场场强最强处时，可W在探针2011上激励起较强的电 流，通过阻抗匹配器2012可W把探针2011的阻抗匹配到微带线上，在较宽的频带内把电磁 能量较低损耗的传输至微带线上。
[0036] 所述的波导1、介质基片2中处在波导1外部的上层金属201、下层金属203W及与周 期性加载的电路结构2031、2032、2033、2034、复合材料介质202和贯穿^层的用于抑制能量 泄漏的金属化通孔204共同决定了该结构的频率选择性能。下金属层203上彼此相邻的两个 周期性加载的电路结构2031、2032、2033、2034之间构成一个具有电磁谐振特性的谐振腔， 通过调节彼此相邻