矩形波导-梯形减高过渡-基片集成波导转换器及其组装方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种特制波导与侧面有梯形延伸介质的基片集成波导进行连通后形 成的矩形波导-梯形减高过渡-基片集成波导转换器，属于微波毫米波无源器件技术领域。
【背景技术】
[0002] 1865年，麦克斯韦把法拉第的电磁近距作用思想和安培开创的电动力学规律结合 在一起，用一套方程组概括电磁规律，建立了电磁场理论。微波电路基于电磁场理论发展至 今，无论是在理论上，还是在材料、工艺、元器件、以及设计技术等方面，都已经发展得非常 成熟，并且应用领域越来越广泛。
[0003] 近十年来，在微波毫米波电路基础上提出的基片集成波导（SIW)技术迅速发展， 它利用金属过孔在介质基片上实现类似于波导的场传播模式，既具有矩形金属波导高品质 因数以及低辐射损耗的优势，又具备微带线体积小，易加工，成本低等特点，广泛应用于射 频微波系统。
[0004] 在一般情况下，射频系统的测试均采用同轴测试系统，而在V波段（50-75GHZ)甚 至更高频段，同轴系统在可靠性及损耗性方面相比矩形波导已无法满足要求，所以在V波 段基本采用矩形金属波导测试系统。目前的矩形波导到基片集成波导的转接技术插入损耗 过大，工作带宽较窄，并且结构复杂，这对微波射频电路的发展带来很大阻碍，极大限制了 基片集成波导电路的设计和测试。因此，宽带、低损耗、高可靠性的金属波导到基片集成波 导的转接具有非常重要的研究意义。
【发明内容】
[0005] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种矩形波导-梯形减 高过渡-基片集成波导转换器，该转换器不仅具有易加工、频带宽、插入损耗低、反射系数 低等优点。而且可以为V波段甚至更高频段的微波射频电路测试提供可靠的解决方案。
[0006] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种矩形波导-梯形减高 过渡-基片集成波导转换器，包括特制波导（1)和基片集成波导（4)，所述特制波导（1)包 括上下两个金属壳体，上金属壳体（2)开设有减高波导槽（11)，而下金属壳体（3)开有与 基片集成波导（4)匹配的基片槽（12);所述基片集成波导（4)包括矩形基片和第一梯形基 片，且第一梯形基片的长底边与矩形基片的一端相连接；所述第一梯形基片右上到下依次 设置有梯形延伸介质（10)、梯形金属层；所述矩形基片包括右上到下依次设置的顶层金属 层（5)、介质基片（6)、底层金属层（7)，且在该矩形基片上设置有金属化通孔（8)，所述金 属化通孔（8)包括纵向通孔部分（13)以及横向通孔部分（14);所述纵向通孔部分（13)包 括两排相互平行的第一排金属化通孔，且第一排金属化通孔与第一梯形基片的平行边相互 垂直；所述横向通孔部分（14)包括两排在同一条线上的第二排金属化通孔，所述第二排金 属化通孔设置在相互平行的第一排金属化通孔的外侧，且与相邻的第一排金属化通孔的顶 端相交，同时所述第二排金属化通孔与第一梯形基片的平行边相平行；所述基片集成波导 (4)设置于基片槽（12)中，且上下两个金属壳体相互合上，所述减高波导槽（11)端面与基 片槽（12)端面组成一个波导口，完成矩形波导到基片集成波导的转换。
[0007] 优选的：所述矩形基片与第一梯形基片相连接相对的另一端设置有第二梯形基 片，且在该端的矩形基片上设置有两排在同一条线上的第三排金属化通孔，所述第三排金 属化通孔设置在相互平行的第一排金属化通孔的外侧，且与相邻的第一排金属化通孔的顶 端相交，同时所述第三排金属化通孔与第二梯形基片的平行边相平行。
[0008] 优选的：所述特制波导（1)的波导口一端截面尺寸与对应频段工作的标准波导的 波导口内截面尺寸相同；所述减高波导槽（11)垂直高度从波导口端面渐变减小至零，另一 端面与梯形延伸介质（10)长底边相接，而横向宽度从波导口宽度渐变至大于梯形延伸介 质（10)长底边长度；所述基片槽（12)的垂直方向深度与基片集成波导（4)的厚度相同，横 向宽度从波导口宽度渐变至减高波导槽（11)端面横向宽度。
[0009] 优选的：用填充相同介质的矩形金属波导来等效所述的基片集成波导；所述基片 集成波导与填充相同介质的矩形波导之间的等效波导宽度的计算公式为：
[0011] 其中，s为相邻两个金属化通孔中心距离，d为金属化通孔直径，Wsiw为所述基片集 成波导（4)的纵向通孔部分（13)的两排第一排金属化通孔的两排中心线之间的距离，W rk 为相应的等效填充介质矩形波导的内截面宽边的长度；
[0012] 或者，当相邻两个金属化通孔中心距离s足够小，所述等效波导宽度的计算公式 为：
[0014] 优选的：当工作频率在f。到2f。之间时，基片集成波导单模传输，只传输准TE1。模； 其中，主模截止频率为
准TE1。模的截止波长λ。= 2WRWS，c为电磁波 在自由空间的传播速度，μ介质基片相对磁导率，非磁性介质μ 1，ε 1^为介质基片 的相对介电常数。
[0015] 优选的：所述梯形延伸介质（10)长底边中心与两排相互平行的第一排金属化通 孔的中心线在一条直线上；所述梯形延伸介质（10)长底边长度大于所述基片集成波导（4) 的纵向通孔部分（13)的两排第一排金属化通孔的两排中心线之间的距离W siw;且两侧各大 于一个金属化通孔的距离。
[0016] -种矩形波导-梯形减高过渡-基片集成波导转换器的组装方法，首先将基片 集成波导（4)放入基片槽（12)中；然后将上下两个金属壳体相互合上压紧基片集成波导 (4);完成矩形波导到基片集成波导的转换。
[0017] 有益效果：本发明提供的一种矩形波导-梯形减高过渡-基片集成波导转换器，相 比现有技术，具有以下有益效果：
[0018] 1.所用特制波导结构紧凑，装配简单，便于连接。
[0019] 2.所用基片集成波导以及梯形延伸介质可以利用普通PCB工艺加工、切割，适合 低成本、大批量生产。
[0020] 3.所述转换器是封闭结构，从特制波导的波导口中的进入的电磁波全部进入梯形 减高过渡结构中，再全部从梯形减高过渡结构进入基片集成波导中，没有电磁波的泄露和 辐射，因而受外界以及对外界的干扰都很小。
[0021] 4.所述转换器工作频带宽，反射系数低，插入损耗低。在本发明的实施实例中，转 换器在整个V波段内反射系数<_15dB，插入损耗〈0. 3dB，相对带宽达到40%。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明的矩形波导-梯形减高过渡-基片集成波导转换器结构示意图。
[0023] 图2为实施例1中上金属壳体2的加工结构图。
[0024] 图3为实施例1中下金属壳体3的加工结构图。
[0025] 图4为实施例1的背靠背基片集成波导PCB结构示意图，其中图4a背靠背基片集 成波导PCB俯视图，图4b为图4a中B部分的左视图。
[0026] 图5为实施例1的S参数性能。
[0027] 图中有：特制波导1、金属壳体2、金属壳体3、基片集成波导4、顶层金属层5、介 质基片6、底层金属层7、金属化通孔8、基片集成波导介质9、梯形延伸介质10、梯形金属层 101、减高波导槽11、基片槽12、纵向通孔部分13、横向通孔部分14。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0029] -种矩形波导-梯形减高过渡-基片集成波导转换器，在V波段，测试传输等往往 采用金属波导，而微波集成电路芯片等仍需要键合在PCB