基于波导窄壁阶梯型微带探针的太赫兹波导-微带转换装置的制作方法

本发明涉及太赫兹波导-微带转换结构领域，具体涉及基于波导窄壁阶梯型微带探针的太赫兹波导-微带转换装置。

背景技术：

毫米波与太赫兹由于频率高波长短，加工精度要求高，不同于微波低频段，适用于毫米波/太赫兹频段的传输线形式、天线类型、馈电方式、结构等均受限。对于毫米波及太赫兹系统而言，波导-微带电路转换结构做为将天线阵列和微波电路阵列联系起来的关键部件，其性能起到了决定性因素。

现有毫米波/太赫兹系统多采用阵列式结构，有集成度高、体积小的特点。对于收发前端，多通道天线及电路的高密度集成会使得留给天线馈电结构的设计空间非常有限，如何在有限的空间内实现天线波导口向微带传输线的有效过渡就变成了棘手问题。传统的波导微带转换器采用波导长边引入探针的方式，在波导长边中心利用悬置探针耦合完成波导向微带线或者反向的能量转换。这种单一的馈电方式限制了系统的集成化发展，当阵列排布固定导致波导长边间距很小时，在狭小的空间内引入耦合探针对组装工艺和结构设计而言都是很大的挑战。波导窄边耦合可大大降低结构的复杂性，但是基于波导理论，传统的探针耦合方法无法完成波导窄边耦合，现有技术仍缺乏有效的波导-微带转换器。

受耦合探针从波导长边耦合的限制，两种典型的微带-波导转换器如图1至图3所示。

图1为基于扭波导的(长边耦合)波导-微带转换器，四个角锥喇叭天线平行排列，矩形波导和微带电路之间使用微带探针耦合。由于天线波导口之间的间隙十分有限，采用扭波导将波导长边转至垂直方向，使四个波导口的长边依次排开。微带片插入反射腔内，在距离反射背板四分之一波长处，通过印制金属片形成的探针实现能量在波导和微带线之间的耦合。该种实现方式采用传统的长边耦合方式，但是需要增加扭波导结构，高频段的扭波导加工困难，大大增加了结构的复杂性和实现难度。

图2和图3为基于微带转换电路的波导-微带转换器，与图1类似，天线为四个平行排列的角锥喇叭天线，波导和微带线之间的耦合采用直角微带转换电路实现。介质板嵌于金属腔中，介质两面分别为金属地和微带线，微带线一端伸出地板做为金属探针，探针伸入天线末端的金属空腔内。该耦合方式仍然利用矩形波导长边耦合，虽然不需要难以加工的扭波导，但是引入了微带转换电路，微带转换电路需要安装于天线阵列单元之间的狭小缝隙内，这为实际加工带来了困难。一方面，为了保证微带转换电路的位置精确性需要将微带片内嵌于天线阵列组成的金属腔内，增加了腔体结构的复杂性和安装控制难度；另一方面，对天线末端反射腔多处开槽有可能引入噪声，从而降低系统的整体性能。

以上两种技术方案虽然可以完成阵列式收发系统中波导和微带之间的能量转换，但是对于高频段而言结构复杂、现有加工工艺难以实现，且系统噪声难以控制。针对这一系列问题，一种理想的方式是从金属波导窄边耦合，实现波导和微带线的能量耦合。从基本波导理论可以知道，传统的探针耦合是显然不可行的，只能寻找新的耦合方式。

现有技术中采用扭波导和微带转换电路的方式都有明显的劣势。扭波导将紧密排列的波导长边转换到垂直方向上，拓宽微带-波导转换器的设计空间，便于从波导长边伸入耦合探针，但是扭波导的加工在毫米波及太赫兹频段是相当困难的，缺乏工艺技术的支撑难以得到应用。采用微带转换电路将从波导长边伸入的耦合探针过渡到微带电路上，其能量转化过程都是在狭小的缝隙中完成的，这对设计和工艺提出了双重要求。微带转换电路的安装需要精确操控，安装方式和精度控制都较为困难，且增加金属开槽有可能引入新的噪声，降低系统性能。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了基于波导窄壁阶梯型微带探针的太赫兹波导-微带转换装置，突破了探针从波导长边耦合的限制，且性能优良稳定、结构简单、易于加工实现。

本发明采用以下的技术方案：

基于波导窄壁阶梯型微带探针的太赫兹波导-微带转换装置，包括金属壳体，所述金属壳体内设置有波导腔体和微带线屏蔽腔体，微带线屏蔽腔体位于波导腔体的右侧，导腔体和微带线屏蔽腔体相通；所述波导腔体的前端开有矩形的波导口，微带线屏蔽腔体的右端开有矩形的微带口；在微带线屏蔽腔体内设置有微带探针组件，微带探针组件伸入到波导腔体内。

优选地，微带探针组件包括介质基片，在介质基片的前端面设置有金属带线板，介质基片的后端面设置有金属地板，金属地板固定连接在微带线屏蔽腔体的后端面上。

优选地，金属带线板的表面印制有探针结构，探针结构包括位于右侧的微带馈线，微带馈线的左端连接有多级阶梯状探针，多级阶梯状探针连接到波导腔体的顶壁上。

优选地，多级阶梯状探针包括连接线，连接线的左端连接有自下而上的一级阶梯探针和二级阶梯探针，二级阶梯探针的左端向上弯折为短路探针并电连接到波导腔体的顶壁上。

优选地，所述介质基片、金属带线板和金属地板的右端面齐平，并与微带口的端面齐平。

优选地，金属地板短于介质基片和金属带线板，金属地板的左端面为弧形面。

优选地，金属地板的左端面正对多级阶梯状探针的连接线处。

本发明具有的有益效果是：

本发明针对毫米波及太赫兹难以实现复杂结构加工，多通道系统组装困难等技术问题，提出了新型的波导-微带转换器，实现从波导窄边耦合完成波导和微带的能量转换，突破了探针耦合仅能在波导长边发生的限制。

与最好的现有技术相比，本发明不需要难以加工的扭波导结构，也无需在微小间隙中安装波导微带转换电路，具有成本低、容易实现、加工简单、组装方便的特点。考虑到现有微加工工艺技术的限制，本发明可以有效避免复杂结构导致的设计困难、噪声大等问题，具有性能优良稳定的特点。该发明适用于高频段多通道收发系统的前端，可有效降低系统结构的复杂性。

附图说明

图1为基于扭波导的波导-微带转换器的示意图。

图2为基于微带转换电路的波导-微带转换器的立体图。

图3为基于微带转换电路的波导-微带转换器的剖面图。

图4为基于波导窄壁阶梯型微带探针的太赫兹波导-微带转换装置的整体结构图。

图5为微带探针组件的示意图。

图6为基于波导窄壁阶梯型微带探针的太赫兹波导-微带转换装置的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

结合图4至图6，基于波导窄壁阶梯型微带探针的太赫兹波导-微带转换装置，包括金属壳体1，金属壳体内设置有波导腔体2和微带线屏蔽腔体3。

如图4，微带线屏蔽腔体3位于波导腔体2的右侧，导腔体和微带线屏蔽腔体相通。

波导腔体的前端开有矩形的波导口4，微带线屏蔽腔体的右端开有矩形的微带口5。

波导口为标准矩形波导口，波导口能与波导传输线相连。

微带口阻抗为标准50ω，微带口能与微带线相连。

在微带线屏蔽腔体内设置有微带探针组件，微带探针组件伸入到波导腔体内。

如图5，微带探针组件包括介质基片6，在介质基片的前端面设置有金属带线板7，介质基片的后端面设置有金属地板8，金属地板的右后部固定连接在微带线屏蔽腔体的后端面上。

介质基片、金属带线板和金属地板的右端面齐平，并与微带口的端面齐平。

金属带线板的表面印制有探针结构，通过印制线构成的探针结构将波导传输线中的场耦合到微带线中，或实现反向功能，将微带线的场转换至波导传输线中。

介质基片与微带线屏蔽腔体等宽，微带探针组件的左侧伸入到波导腔体内。

金属地板短于介质基片和金属带线板，金属地板的左端面为弧形面14。

如图6，探针结构包括位于右侧的微带馈线9，微带馈线的阻抗为50欧姆，微带馈线的左端连接有多级阶梯状探针，多级阶梯状探针连接到波导腔体的顶壁上。

多级阶梯状探针包括连接线10，连接线的左端连接有自下而上的一级阶梯探针11和二级阶梯探针12，二级阶梯探针的左端向上弯折为短路探针13并电连接到波导腔体的顶壁上。

金属地板的弧形面正对多级阶梯状探针的连接线处。金属地板的弧形面起到阻抗变换器的作用。

采用多级阶梯型探针可以实现垂直方向te10模式的矩形波导场到与其正交方向的微带线模式场的转换。短路探针位于波导腔体中心位置处，多级阶梯状探针通过多谐振的方式改变能量传输方向，可以将波导中的电磁波引到窄边输出，或者实现逆过程。金属地板短于介质基片和金属带线板，由图5和图6可看出，微带馈线9与金属地板相对，多级阶梯状探针大部分并无金属地板相对，探针结构完成波导场到微带线的耦合，微带线实现到微带电路的过渡，金属地板的形状影响两种模式转换的匹配程度，通过优化金属地板结构可以实现两者的良好衔接，改善匹配性能。

本发明提出了基于波导窄边耦合的新技术，采用新型波导-微带转换器，实现了波导窄边耦合完成波导-微带转换的目的，可以用于毫米波/太赫兹多通道收发系统，解决复杂结构加工困难，高频电路组装困难等技术问题。

本发明提出了多级阶梯型短接探针的新型微带耦合探针结构，通过多级阶梯型探针实现多谐振，完成波导场到微带场的高效率耦合。

本发明中探针结构能实现宽带的良好匹配，采用多级阶梯形式或者类似形式，用以获得更佳的带宽和匹配性能都不脱离本发明的核心设计思想。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。