[发明专利]微带线和矩形波导间的微波转换设备

说明书

本发明涉及用于微波传输的无源元件。具体涉及一种位于传导微带线和矩形波导技术的元件之间的平面转换设备。

传导微带技术为在几千兆赫频率范围内相当简单地整合微波功能提供了可能性，其频率范围最多包括C波段。上述技术在高频范围内的应用会变得更加复杂，特别是10千兆赫（Ku波段、K波段和Ka波段）。事实上，微带线的放射特性需要包含在一导电机械结构中的导体，该导体可实现电屏蔽功能。频率越高上述机械结构的尺寸越小。

空气波导并不是放射结构，其特性在于较难适于整合复杂功能。因此，波导常常应用于低损耗设备或高微波功率。采用电介质代替空气波导，该绝缘体的相对介电常数大于1，这样波导的尺寸变得充分减小以允许将基板集成波导整合入微带线内。

多米尼克·德斯兰德斯和吴柯于2001年2月发行的第11期，第2号的《微波和无线元件快报》上发表的标题为“平面模型中的集成微带和矩形波导”的文章中给出了一种方法来解决微带线中的准TEM传输模型向波导的电动横向基础TE₁₀模的无损耗转换问题。上述文章中的转换设备包括一个单独的薄膜电介质基板，该基板内整合有微带线、一矩形波导以及一个介于微带线和波导之间的平面模型转换器。除从准TEM模型向TE₁₀模型转换外，该模型转换器保证微带线和波导之间的电力连续性。电介质基板的表面支持微带线，转换器模型包括一等腰梯形锥式的传导段，该传导段设有一个小底座，该底座合并至微带线的末端；以及一个较大的底座，该底座合并至波导的第一大的侧壁的边缘截面的中心部分。该电介质基板的另一面完全覆盖有传导层，该传导层的作用类似微带线的接地层，并作为波导的第二个大的侧壁。波导较小的纵向侧壁由两排金属化接地孔或两条配列在电介质基板上的金属化凹槽制成。因此，波导的高度（或者厚度）基本不受TE₁₀模型传播的影响而降低，允许波导整合入微带线的薄的电介质基板中，这样可以通过放射降低损耗。

上述文章中所提到的转换设备的结构已在欧洲专利1376746B1中应用于将一微波滤波器整合入同一个薄的电介质基板上的矩形波导以及微波带中。

本发明的一个目的是借助于一微波转换设备将第一种微带线技术与区别于第一种技术的第二种波导技术联系起来，而同时保持两种技术的优势。

因此，一转换设备包括一位于整合入印刷电路板的传导线和矩形波导之间的模式转换器，其中该电路板包括一外壳，该外壳包括一波导，该波导的一个大的侧壁与微带线共面且共轴，另一大的侧壁固定在外壳底部的电路板的金属层上；并且该设备包括一由金属连接元件桥接的间隙，且该间隙位于模式转换器和微带线之间以及模式转换器和波导之间。

模式转换器整合入依据第一种技术制成的电路板中的电介质基板或依据第二种技术制成的波导中的电介质基板。若该模式转换器整合入电路板中的电介质基板，则间隙以及金属连接元件位于模式转换器和波导的一端之间。若该模式转换器整合入电路板中的电介质基板，则间隙以及金属连接元件位于微带线一端和模式转换器之间。该间隙由引进波导结构至电路板外壳的机械公差产生。该金属连接元件包括一个或多个金属薄板条或者一个或多个金属丝，并通过模式转换器提供微带线和波导大的侧壁之间的电力连续性，考虑到由架设有连接元件的间隙所产生的不协调，该电力连续性与后者的阻抗相匹配。阻抗通过微带线段与模式转换器相匹配，所述微带线段具有条宽和厚度，即，微带线与接地面之间的距离，并且该距离随着微带线到波导之间的距离增长，所述微带线段还具有大致与四分之一波导相等的长度。

无论哪种转换设备的实施例，微带线技术，例如多层印刷电路板，以及波导制造工艺，例如陶瓷基板中的基板集成波导技术均被保留，并为微带线和波导的特性的选择提供了更多的灵活性，尤其是指电路板和波导的不同的相对介电常数。特别地，波导能够整合入一类似陶瓷基板的微波元件中；波导的每个小的侧壁都可由交错排列的金属孔构成，以通过放射降低损耗。

本发明能实现低放射，低损耗以及低重量的微波结构，并禁止很大一部分金属结构，因此对风媒设备特别有价值。本发明能够将微带线与各种矩形波导结构联系起来，包括具有高定向性的选择滤波器和耦合器。特别地，本发明适用于实现在最高至10千兆赫的高频率下运行的发射头或接收头，或网络或电子扫描天线。

本发明同样涉及一种制造转换设备的方法，该设备包括一个位于整合入印刷电路板的微带线和矩形波导之间的模式转换器。其特征在于，该方法包括以下步骤：

在电路板上设置一外壳，该外壳有一底部，该底部构成该电路板内部的一部分金属层。