一种定向宽带高效率表面波激励装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种定向宽带高效率表面波激励装置，属于高速无线通信与互联技术 领域。
【背景技术】
[0002] 1907年，Zenneck利用Maxwell方程推导出了表面波的解表达式，在理论上证明了 表面波的存在。Zenneck表面波（简称"表面波"）具有如下四个独特的特性：
[000引节约功率：相对于空间波的立维球面传输，表面波为二维平面传输，因此表面波功 率W1/r而不是l/r2的比例衰减，降低了功率需求，运在毫米波频段是非常重要的；
[0004] 电磁兼容性好：垂直表面方向的电场指数衰减，展示出了独特的非福射特性，避免 了不期望的监测和干扰，也不会干扰其它链路（对于60GHz，一电场对应的高度仅为几个毫 巧 米）；
[0005] 非可视传输：表面波紧贴物体表面进行传输，展示出了导波特性，让不可视路径的 传输成为可能。运些情况下，传统的无线技术面临着困境；
[0006] 可靠性高：表面波通道是可靠的通信通道，相对于有线网络链路中的连接器或电 缆引起的单点失效，表面发生毁坏后虽然一部分表面波转化为空间波，引起传输损耗，但 是，如果在链路预算时预留一定的余量，通信链路就不会中断，且可W在方便的时候进行维 修。
[0007] 表面波的上述特性使其具有节约功率、多点通信与非视距通信、电磁兼容性好 (难W侦收，多径影响小）、有较大的灵活性和较高的可靠性等优点，近年来，表面波的运些 独特特性引起了许多学者的广泛兴趣，许多基于表面波的应用系统如无线人体区域网络、 民航客机的无线娱乐系统、短距离宽带无线数据传输网络、无线局域多CPU无线互联网络、 平台的健康监测、表面波海面通信系统、表面波雷达系统W及表面波天线被陆续提出。
[0008] 然而，作为表面波无线通信系统中的关键部件，激励装置主要分为两种类型：一 类为全向的表面波激励装置，一类为定向的表面波激励装置。其中，全向的主要采用端射 缝隙阵/偶极子/单极子等简单激励源来激励表面波，缝隙/偶极子/单极子等激励源的 窄带特性限制了它的广泛应用，需要研究具有宽频带特性的全向表面波激励源。对于第二 类定向的激励装置，文献[1] (Turner,J. ,Jessup,M. ,Tong,K.-F. ,"ANovelTechnique EnablingtheRealisationof60GHzBodyAreaNetworks, "2012NinthInt.Conf. Wear油IeandImplant油IeBodySensorNetworks(BSN),pp. 58 - 62,May2012.)义用 波同转换作为激励源进行了表面波的无线传输传输实验，由于波导同轴转换的口径并非 最佳，因此激励的效率较低。此外，该激励装置无法在表面波表面上灵活移动，因此无法 满足实际移动终端对使用的要求，仅仅能够作为表面波性能的测试装置。文献巧][3] ([2]A.F.KayandF.J.Zucker"Efficiencyofsurfacewaveexcitation", 1955IRE ConventionRecord, 21-25Ma;rch1955,vol. 3,化WYork,NY,USA,PP.I~5。[3]G.J.化油， "TheLaunchingof曰PlaneSurf曰ceWave"，ProceedingsoftheIEE-PartB:Radioand ElectronicEngineering,Volume102,Issue2,March1955,PP. 237 - 246.)采用卿趴作 为定向激励装置，文中仅将卿趴作为窄带激励表面波的实验装置，没有对宽带特性进行分 析，由于采用同轴-波导馈电的单一口径来激励表面波，因此它的激励带宽应在2 :1个倍 频程左右。此外，该激励装置还存在与电抗表面机械禪合设计，不便于灵活应用等缺点。综 上，现有的表面波激励装置的研究还不足W支持上述应用需求，缺乏宽频带的、高效率的表 面波激励装置，而本发明的重点是提出了一种新型的定向宽带高效率表面波激励装置。
【发明内容】
[0009] 本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，根据表面波应用特点，提出了一种 新型的定向宽带高效率表面波激励装置，并实现了在表面波表面上灵活移动，增强了应用 的灵活性。该激励装置可与表面波表面组成表面波无线传输系统，能够满足未来毫米波频 段对高速大数据的无线快速传输应用需求。
[0010] 本发明的技术解决方案如下：
[0011] 一种定向宽带高效率表面波激励装置，包括：输入匹配段、激励段和盖板，其中输 入匹配段包括同轴连接器、同轴-脊波导转换W及脊波导-波导转换；激励段包括向上激励 段和向下激励段；
[0012] 同轴-脊波导转换采用单脊波导形式，在同轴-脊波导转换的脊上开孔，同轴连接 器固定在同轴-脊波导转换上，同轴连接器的探针插入同轴-脊波导转换脊上的孔，形成宽 带单脊非接触式馈电；
[0013] 脊波导-波导转换的一端与同轴-脊波导转换连接，实现从脊波导到波导的宽频 带过渡，脊波导-波导转换的另一端连接向上激励段，向上激励段的波导底面逐渐向下张 开，在向上激励段的末端实现零高度馈电；同轴-脊波导转换、脊波导-波导转换和向上激 励段一体成型，盖板固定在上方，与同轴-脊波导转换、脊波导-波导转换和向上激励段一 起形成电磁波传播通路；向下激励段为向上激励段后增加的向上张开的第二段，且所述向 上张开的第二段直接W表面波表面作为下底面。
[0014] 所述的同轴-脊波导转换采用单脊波导形式，同轴-脊波导转换脊的宽度在 1. 1~1. 5mm之间，高度在1. 05~1. 35mm之间，同轴连接器的探针头部距离同轴-脊波 导转换的底部为0. 2~0. 5mm，探针距离同轴-脊波导转换的短路面为1. 20~1. 25mm，同 轴-脊波导转换的短路面与同轴连接器的探针之间的脊，采用阶梯过渡的方式。
[0015] 阶梯过渡包括两级，第一级阶梯的高度为0. 1~0.3mm，第二级阶梯的高度为 0. 3~0. 5mm，长度均为0. 5~0. 7mm。第一级阶梯是指靠近短路面的阶梯，第二级阶梯是 指远离短路面的阶梯。零高度馈电是指波导直接W表面波表面作为下底面进行馈电。脊 波导-波导转换的长度为30~34mm，脊过渡采用二次抛物线形式。向上激励段的长度为 3. 2~4mm，为线性过渡。向下激励段的长度为8~12mm，张角为18。~21。。
[0016] 本发明与现有技术相比有益效果是：
[0017] (1)本发明定向表面波激励装置能够在5 :1的倍频程内具有较高的表面波激励效 率，且可与表面波表面组成表面波无线传输系统，并能够灵活地在表面波表面上接入和移 出（如图4所示），可满足未来毫米波频段对高速大数据的无线快速传输应用需求。
[001引 似采用单脊非接触式馈电方式，在实现5 :1倍频程宽带匹配的同时，相比传统的 双脊结构，去掉了双脊间隙等敏感参数，降低了加工难度，且易于组装和性能的调试，并避 免了与表面波表面的干设，具有很高的经济价值。该馈电方式也可应用微波部件的宽频带 馈电；
[0019] (3)采用两段式的表面波激励方式，第一段向下张开段，满足表面波零高度馈电的 要求，第二段向上张开，并W表面波表面作为下底面，大幅提高表面波在宽频带内的激励效 率，在5 :1倍频程内高达60%。另外，向下激励段与脊波导-波导转换一体化设计，实现了 结构的小型化；
[0020] (4)激励装置与电抗表面分离设计，激励装置可灵活无缝接入/移出表面波表面， 可满足移动无线通信对应用的需求。
【附图说明】
[0021] 图1为表面波无线传输系统示意图；
[0022] 图2为激励装置的结构示意图；
[0023] 图3为激励装置的剖面示意图；
[0024] 图4为激励装置输入匹配段腔内结构示意图；
[00巧]图5为激励装置在表面波表面上自由接入与移出示意图；
[00%]图6为表面波无线系统的仿真模型；
[0027] 图7为激励装置的回波损耗特性；
[0028] 图8为激励装置的效率特性；
[0029] 图9为激励装置的传输特性。
【具体实施方式】
[0030] 本发明的一种定向宽带高效率表面波激励装置可与表面波表面组成表面波无线 传输系统（如图1所示），并能够灵活地在表面波表面上接入和移出，可满足未来毫米波频 段对高速大数据的无线快速传输应用需求。
[0031] 表1所示为表面波对激励装置的基本要求。
[0032] 表1 (TM)表面波对激励装置的基本要求
[0033]
[0034] 本发明的一种定向宽带高效率表面波激励装置，包括输入匹配段a和激励段b两 个功能部分和一个盖板6 (如图2~4所示），其中输入匹配段包括同轴连接器1、同轴-脊 波导转换2W及脊波导-波导转换3 ;激励段包括向上激励段4和向下激励段5。该激励装 置与现有激励装置相比，显著提升了带宽性能和激励效率，并实现了在表面波表面上的灵 活移动（如图5所示），增强了应用的灵活性。
[0035] 为了扩展工作带宽，采用脊波导馈电方式，目前有双面双脊接触式馈电和单面双 脊非接触馈电两种形式。
[0036] 双面双脊接触式馈电方式的主要缺点包括：采用了双脊加载，加工难度增加一倍 W上；接触式馈电方式不便于驻波比的调节；采用接触式馈电，为保证馈电探针与对面脊 的良好电接触，通常在脊运一侧采用焊接、螺接等方式，在毫米波频段，实现难度较大，且不 利用激励源与电抗表面的零高度接触。
[0037] 单面双脊非接触式馈电方式的主要缺点包括：双脊之间的间隙对性能影响敏感； 需要加工两条脊，且脊厚度约为单脊一半，在毫米波频段，脊的厚度仅为零点几个毫米，如 此薄的两条脊加工是非常困难的。
[0038] 为了克服上述运些缺点，本发明采用单脊非接触式馈电方式（详见图3和图4)。
[0039] 本发明提出的激励装置如图3所示，在同轴-脊波导转换2的脊上开孔，同轴连接 器1固定在同轴-脊波导转换2上，同轴连接器1的探针插入同轴-脊波导转换2脊上的 孔，形成宽带单脊非接触式馈电。
[0040] 脊波导-波导转换3的一端与同轴-脊波导转换2连接，实现从脊波导到波导的 宽频带过渡，脊波导-波导转换3的另一端连接向上激励段4,向上激励段4的波导底面逐 渐向下张开，在向上激励段4的末端实现零高度馈电（零高度馈电是指波导直接W表面波 表面作为下底面进行馈电）；同轴-脊波导转换2、脊波