[发明专利]基片集成波导与矩形金属波导的过渡结构

说明书

技术领域

本发明涉及到微波传导领域，具体是涉及基片集成波导与矩形金属波导的过渡结构。 

背景技术

基片集成波导技术是近几年提出的一种可以集成于介质基片中的一种新型导波结构，它具有低插损、低辐射以及完全平面等特性，它是通过在上下底面为金属层的低损耗介质基片上放置金属化通孔而实现的[1,2]，其目的是在介质基片上实现传统的金属波导功能。它可有效地实现无源和有源集成，使微波毫米波系统小型化，甚至可把整个微波毫米波系统制作在一个封装内，极大地降低了成本；由于它的传播特性与矩形金属波导类似，所以由其构成的微波毫米波部件具有高的Q值和功率容量，且易与集成，同时由于整个结构完全为介质基片上的金属化通孔阵列所构成，所以这种结构可以利用PCB或LTCC工艺精确的实现，并可与微带电路实现无缝集成[3,4]。与传统波导形式的微波毫米波器件的加工成本相比，基片集成波导微波毫米波器件的加工成本十分低廉，非常适合微波毫米波集成电路的设计和大批量生产。 

近几年，在对基片集成波导结构以及传输特性充分研究的基础上，已实现了高性能的滤波器、双工器、定向耦合器、功率分配器、天线阵列等多种器件[1-6]，极大的推进了基片集成波导技术的发展。目前，基片集成波导技术在美国、欧洲、韩国、日本以及中国等许多地区都受到了大量的关注，国外已成功利用先进的加工工艺，把基片集成波导技术应用于100.0GHz 甚至是 200.0GHz 左右的亚毫米波频段。这说明了基片集成波导已为微波毫米波电路提供了一种新的集成方向。 

随着基片集成波导技术的快速发展，为了充分的利用其性能和便于测试，基片集成波导与其他标准的金属矩形波导器件之间的宽带过渡结构，已严重制约此类器件的宽带应用，成为目前急需解决的一类问题。为了实现基片集成波导与矩形金属波导的过渡，常用的有鳍线过渡、金属探针过渡等多种结构，但这类过渡结构的工作带宽较窄，且装配复杂，不适合大批量生产应用。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供了一种基片集成波导与矩形金属波导的过渡结构，本发明利用菱形天线的宽带收发特性，把工作在两个不同频段的菱形天线以阵列形式级联起来，一端连接在基片集成波导上，一端垂直矩形金属波导宽边中心插入，以此来形成宽带耦合过渡结构，完成能量的耦合过渡。 

本发明的目的通过基片集成波导与矩形金属波导的过渡结构，完成矩形金属波导到基片集成波导的能量过渡，该过渡结构用于连接基片集成波导与矩形金属波导，过渡结构一端与基片集成波导连接，另一端插入在矩形金属波导中，过渡结构垂直于矩形金属波导的宽边，且位于矩形金属波导的矩形中心位置。 

过渡结构包括介质基片和设置在介质基片一个面上的第一菱形探针天线，所述的第一菱形探针天线包括主菱形天线A和渐变微带线A，所述的主菱形天线A的长对角线垂直于矩形金属波导的宽边，其一个锐角通过渐变微带线A连接到基片集成波导的一面金属片上，所述的渐变微带线A宽度从主菱形天线A到基片集成波导呈逐渐增加。工作过程：主菱形天线A的辐射电场方向与矩形金属波导的TE10模电场方向一致，于是来自于矩形金属波导的TE10模能量首先通过主菱形天线A把其转换为差分微带端口的准TEM模能量，随后准TEM模能量又经过一段微带线（即渐变微带线A），将准TEM模能量转换为基片集成波导的TE10模能量，最后从基片集成波导端口输出。 

进一步，本发明的第一菱形探针天线还包括至少一个副菱形天线A，所有副菱形天线A的长对角线也垂直于矩形金属波导的宽边，所有副菱形天线A都通过级联微带线A连接到主菱形天线A与渐变微带线A连接的锐角上，且副菱形天线A与主菱形天线A位于级联微带线A的同一侧。各个副菱形天线A以及主菱形天线A的工作在不同频点，这样做可以通过级联多个菱形天线（副菱形天线A以及主菱形天线A），使过渡结构能够工作在不同的频段，扩展系统的工作带宽；还可以通过优化调整级联微带线的长度，来调整到达前后两个菱形天线探针的信号相位差，从而提高其辐射场信号的前后比，改善对应天线阵列的方向性，扩展系统的工作带宽。