一种信号转换装置及雷达设备的制作方法

1.本实用新型涉及波导微带转换技术领域，尤其涉及一种信号转换装置及雷达设备。


背景技术：

2.现阶段，毫米波雷达芯片发展迅速，其对应的射频组件体积也是越来越小。毫米波组件内部多采用裸芯片，由于裸芯片不能长期暴露在外部潮湿高尘的环境中，因此，可以通过裸芯片封装来保证密封性，但是封装后的体积较大，无法满足小型化的需求，并且封装壳也会一定程度恶化裸芯片的工作性能。
3.而传统的波导微带转换电路采用带线直接插入波导内部形成天线的方式实现，由于波导腔属于开放结构，外部杂质和水汽可通过波导腔进入模块内部，裸芯片长时间工作在此环境下会对其可靠性产生影响。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的之一在于提供一种信号转换装置，可实现密封效果，降低芯片损耗，满足波导微带转换装置小型化需求。
5.本实用新型的目的之二在于提供一种雷达设备，包括上述信号转换装置。
6.本实用新型的目的之一采用如下技术方案实现：
7.一种信号转换装置，包括：
8.第一主体，设有开口，并在所述开口处覆盖有第一密封介质板；
9.第二主体，包括第二密封介质板和设在所述第二密封介质板上的转换电路；
10.反射腔体，通过所述第二密封介质板与所述第二主体密封连接；沿竖直方向投影，所述开口、所述转换电路的转换端以及所述反射腔体的投影面相重合。
11.进一步地，所述第一密封介质板向外围方向延伸并与所述第一主体、所述第二主体烧结形成密封环结构；沿竖直方向投影，所述第一密封介质板的投影面积大于所述开口的投影面积。
12.进一步地，所述第二密封介质板向外围方向延伸并与所述第二主体和所述反射腔体烧结形成密封环结构；沿竖直方向投影，所述第二密封介质板的投影面积大于所述反射腔体的投影面积。
13.进一步地，所述第一密封介质板与所述第二密封介质板之间具有间隙以形成匹配空气腔。
14.进一步地，沿竖直方向投影，所述第一密封介质板与所述第二密封介质板的投影面积相同。
15.进一步地，所述第一密封介质板以及所述第二密封介质板的烧结处均开设有金属化孔。
16.进一步地，所述第一密封介质板以及所述第二密封介质板均采用rogers5880层压
板。
17.进一步地，所述反射腔体的内壁设为短路面，利用短路面对信号进行全反射。
18.进一步地，所述转换端设为微带探针，所述转换电路还包括与所述微带探针相连接的微带线，所述微带线沿所述第二主体的长边方向进行延伸。
19.本实用新型的目的之二采用如下技术方案实现：
20.一种雷达设备，包括如上述信号转换装置。
21.相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
22.本实用新型在开口处设有密封介质板，实现对开口的密封，以将开口与外界环境进行隔离，提高芯片长期工作的可靠性；且密封介质板还可透过射频信号，射频信号进入匹配空气腔后通过微带电路将波导传输模式的射频信号转换为微带传输模式的电信号，实现波导到微带转换，满足转换装置的密封性、低损耗以及小型化需求。
附图说明
23.图1为波导微带转换装置的透视结构示意图；
24.图2为波导微带转换装置微带平面剖面图；
25.图3为波导微带转换装置微带探针垂直剖面图；
26.图4为波导微带转换装置的信号转换仿真示意图；
27.图5为w波段密封型波导微带转换装置的仿真结果图；
28.图6为将腔体反射面尺寸修改为2.54mm
×
1.27mm
×
0.6mm的仿真结果图；
29.图7为将密封介质板改为rogers 4350b微波材料的仿真结果图。
30.图中：1、第一主体；11、过渡腔；12、波导口；13、第一密封介质；14、匹配空气腔；15、第二密封介质；16、波导反射腔；2、第二主体；21、微带探针；22、微带线。
具体实施方式
31.下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
32.现有对于波导微带转换装置中的裸芯片一般进行封装处理，但是，随着频率升高，特别是在封装壳体会带来腔体效应，影响芯片的性能；并且封装后的芯片体积较大，无法保证射频组件小型化的需求。
33.因此，本实施例提供一种波导微带转换装置，其能够解决波导口12开放结构对裸芯片可靠性的影响，并且对电路内部可直接使用裸芯片，无需封装，实现产品小型化。
34.如图1、图2所示，所述波导微带转换装置主要包括有第一主体1以及第二主体2，所述第一主体1和所述第二主体2同样设有空心腔体用于为信号转换提供空间。而在本实施例中所述第一主体1用于传输射频信号，也称之为波导段；所述第二主体2用于微带传输，因此也称之为微带段。
35.所述第一主体1和所述第二主体2保持相互垂直的状态。本实施例中所述第一主体1往竖直方向延伸，所述第二主体2往横向方向延伸，形成“l”型结构。
36.所述第一主体1的内壁可采用金属材质的短路面，并在所述第一主体1的底部设有
开口，该开口即为波导口12，射频信号通过短路面全反射至波导口12以进行后续的波导微带转换。其中，本实施例中短路面可以为镀金的腔体壁，镀金的腔体壁可减小腔体损耗，增大腔体q值，具有更好的抗氧化性和更好的耐腐蚀性，并且腔体表面更加光滑，有利于信号全反射传输。
37.所述波导口12上覆盖有第一密封介质板13，所述第一密封介质板13的介质损耗极小，射频信号可在极小损耗下透过所述第一密封介质板13继续传输。本实施例中，所述第一密封介质板13采用的是rogers 5880微波材料的层压板，该板材介质损耗在相同标准下测量仅为0.0009，其极低的介质损耗使其非常适合要求最小色散和损耗的高频和宽频段设计使用。所述第一密封介质板13在覆盖所述波导口12后向外延伸，使得所述第一密封介质板13的长宽尺寸大于所述波导口12尺寸，即在竖直方向投影时，所述第一密封介质板13的投影面积大于所述波导口12的投影面积；所述波导口12的外沿部分用于与所述波导段的腔体接触面共晶烧结，使得所述第一密封介质板13形成密封环结构，实现组件内部密封性，使得所述第一密封介质板13可将裸芯片与外界环境进行隔绝，避免外界环境对裸芯片的侵害，以提高裸芯片的稳定性。同时，为了避免出现烧结处出现空洞等不良烧结情况，以提高密封效果。
38.所述波导口12的正下方设有匹配空气腔14，所述第二主体2内的微带电路从所述匹配空气腔14处开始往垂直于所述波导段的方向延伸。所述第二主体2中所述微带电路包括了转换端以及传输端，其转换端可以是微带探针21，所述传输端可以是与所述微带探针21相连接的微带线22。
39.如图1、图3所示，所述微带探针21正位于所述匹配空气腔14内，即沿垂直方向投影时，所述微带探针21的投影面与所述波导口12的投影面相重合，使得射频信号经所述第一主体1的内壁全反射至波导口12，再经所述第一密封介质板13传输至所述匹配空气腔14后，通过所述匹配空气腔14内的微带探针21将波导传输模式的射频信号转换为电信号，并通过所述微带线22进行传输以实现微带传输模式。
40.在一些实施例中，为了进一步提高信号转换效率，可将所述第二主体2内的微带电路的基板设为第二密封介质板15，并在所述匹配空气腔14的正下方设有反射腔体，即波导反射腔16，所述波导反射腔16的腔体内壁设为短路面，利用短路面对未转换的射频信号进行全反射，反射后的射频信号由微带探针21采集并进行转换。
41.所述第二密封介质板15可以采用与所述第一密封介质板13相同的材质，同样可采用介质损耗极低的rogers 5880微波材料介质板。所述第二密封介质板15同样向外延伸，即往竖直方向投影可得，所述第二密封介质板15的投影面积大于所述波导反射腔16的投影面积；同时所述第二密封介质板15外沿部分通过烧结方式与所述第一主体1、所述第二主体2以及所述波导反射腔16进行密封连接，以确保转换装置具有良好的密封性。
42.所述第一密封介质板13和所述第二密封介质板15间保留有一定间隙，该间隙形成了所述匹配空气腔14；沿竖直方向投影，所述第一密封介质板13板与所述第二密封介质板15板的投影面积相同，且确保所述第一密封介质板13板、所述匹配空气腔14以及所述第二密封介质板15之间存在良好的密封性。
43.所述波导段从上往下依次分布有波导口12、过渡腔11、波导口12、匹配空气腔14以及波导反射腔16，如图4所示，射频信号经所述过渡腔11以及所述波导反射腔16的反射后由
所述匹配空气腔14处的微带探针21进行转换，并通过与微带探针21相连接的微带线22进行传输。在所述第一密封介质板13以及所述第二密封介质板15的作用下使得从所述波导口12到所述微带段内部空间处于完全密封状态，提高转换装置长期使用的稳定性和可靠性。
44.而密封性波导微带转换装置可适配不同频率的波段使用，例如v波段(50-75ghz)、e波段(60-90ghz)和w(75-110ghz)波段；由于w波段雷达、通信系统的发展，适用于w波段的射频组件的可靠性需求也越来越高。因此，在上述转换装置的基础上对结构尺寸进行调整以匹配w波段，解决w波段波导口12开放结构对裸芯片可靠性的影响。
45.为了让结构尺寸与w波段进行匹配，所述波导口12采用的是国标的bj900波导口12，此波导口12的基本尺寸为2.54mm
×
1.27mm，此波导内截面尺寸偏差需≤
±
0.02，外截面偏差≤0.05，使用频率73.8ghz～112ghz，可覆盖w波段。
46.所述第一密封介质板13以及所述第二密封介质板15采用厚度为0.124mm～0.130mm的rogers 5880层压板。由于密封介质越厚，损耗越大，因此本实施例中所述第一密封介质板13以及所述第二密封介质板15的厚度范围0.127mm
±
0.03mm。
47.所述匹配空气腔14的尺寸为1.95mm
×
2.88mm
×
0.6mm，而所述波导反射腔16尺寸为2.54mm
×
1.27mm
×
0.55mm。
48.w波段射频信号通过波导口12后经过射频反射腔全反射到微带探针21上，再通过一段微带匹配电路传输到微带线22上，所述的微带探针21匹配以及微带线22基片采用的是rogers 5880微波材料，介质厚度为0.127mm，微带探针21长宽为0.48mm
×
0.44mm，匹配微带长宽为0.52mm
×
0.15mm，微带线22宽度为0.38mm，微带线22所对应的腔体宽度1mm。
49.上述尺寸结构的w波段密封型波导微带转换装置通过hfss软件进行建模仿真验证，其仿真方法为：首先在hfss里建好仿真工程，设置单位为mm后进行画图操作，为提高画图效率可直接导入一个已经画好的cad图，再设置好各个器件的材料后模型就算建立完成；再将端口设置为50欧姆阻抗后就可进行仿真设置，将仿真频率设置为我们需要的频率后开始仿真。仿真结果如图5所示，在85ghz～100ghz时损耗＜0.5db，回波损耗＜-20db，经过仿真实验证明本实施例尺寸结构的转换装置可匹配w波段，同时达到低损耗的效果。
50.为了验证各个参数对结果的影响，对腔体反射面的高度和微带探针21的尺寸进行了修改，以确定这些参数是否对结果产生影响。当把所述波导反射腔16内的腔体反射面的尺寸修改为2.54mm
×
1.27mm
×
0.6mm后的仿真结果如图6所示，最大损耗为3.2db，不满足使用要求。当把密封介质板改为rogers 4350b微波材料后的的仿真结果如图7所示，最大损耗为3db，同样不满足要求。
51.在一些实施例中，还提供一种电子设备，该电子设备还可以是雷达设备、通信设备、射频组件等，在该电子设备上采用前述密封型摸到波导微带转换装置，以实现通信、电子对抗、雷达和探测等功能。
52.本实施例中的电子设备与前述实施例中的转换装置是基于同一发明构思下的另一方面，在前面已经对转换装置的结构及原理作了详细的描述，所以本领域技术人员可根据前述描述清楚地了解本实施例中的设备的结构及实施过程，为了说明书的简洁，在此就不再赘述。
53.上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所
要求保护的范围。