CN108461882A - 一种通用错位传输线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通用错位传输线，包括至少2根输入传输线和至少一条电磁通道。所述两根传输线分别通过其一个端面与电磁通道的两个端面中的一个连通。所述两根传输线在其横面面方向错开。所述电磁通道由至少一条支路构成。至少一条该支路由至少3个沿Y方向连通的通孔构成。该错位传输线可以实现各种波导、脊波导和多脊波导的宽带紧凑错位过渡。本发明主要用于微波、毫米波和太赫兹波段的各种通信和雷达系统中。

Description

一种通用错位传输线

技术领域

本发明涉及一种电磁波元件，具体地说，是涉及一种使一条传输线与另一条传输线错位匹配连通的紧凑型电磁波结构。

背景技术

在各种电磁波系统中，传输线之间的错位连接普遍存在。由于错位处不连续性带来的寄生效应，传输线中的信号将被反射。为了实现错位传输线的匹配，需要在传输线上设置匹配电路。

已有的匹配电路结构复杂、体积大，而且带宽较窄，特别是在矩形波导、单脊矩形波导、双脊矩形波导和四脊矩形，圆波导或椭圆波导、单脊圆波导或椭圆波导、双脊圆波导或椭圆波导，和四脊圆波导或椭圆波导的错位连接中。

发明内容

本发明的目的是提供一种紧凑型错位传输线，与现有技术相比，结构更简单、加工更方便、工作频率宽。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种通用错位传输线，包括至少两根传输线和至少一条电磁通道；电磁通道的两端面分别为一平面A和平面B的一部分；所述两根输入传输线分别通过其一个切面与电磁通道的两个端面中的一个连通；所述电磁通道由至少一条支路构成，至少一条电磁波支路由至少3个沿Y方向连通的通孔构成。

所述电磁通道的最大长度t为分别位于该电磁通道的两个端面上的任意两点的连线在Z方向上的投影长度的最大值；该错位传输线的中心工作频率定义为SQRT(f1*f2)；其中f1为该错位传输线的最低工作频率，f2为该错位传输线的最高工作频率，SQRT为平方根函数；X 轴和Y轴位于该电磁通道的一个端面的平面内，并且X轴、Y轴和Z 轴符合右手定则；任意通孔的最大宽度为该通孔上的任意两点之间的连线在X方向投影的最大长度；输入传输线的输入端和输出传输线的输出端的端面的法线方向D和E分别定义为其端面几何中心处轴线方向并与信号流动方向一致。

较佳的设计，所述两条微波通道设置在同一个金属体上。

对于紧凑型设计，至少一条所述电磁通道的最大长度t小于该错位传输线的中心工作频率对应的自由空间中的波长的0.2倍。

两根传输线的轴线在其横截面的一个方向上错开距离大于任意一根传输线在该方向上的最大尺寸的1/20。这种错位可以在X方向，或者在Y方向，或者在传输线横截面的任意方向。

不失一般性，所述输入传输线为不同的传输线，或为同轴线、或矩形同轴线、或矩形波导、或单脊矩形波导、或双脊矩形波导、或四脊矩形波导、或方波导、或十字波导、或椭圆波导、或单脊椭圆波导、或双脊椭圆波导、或四脊椭圆波导、或基片集成波导，或微带线、或带线，或共面线、或鳍线、或脊隙波导等；所述输出传输线为不同的传输线，或为同轴线、或矩形同轴线、或矩形波导、或单脊矩形波导、或双脊矩形波导、或四脊矩形波导、或方波导、或十字波导、或椭圆波导、或单脊椭圆波导、或双脊椭圆波导、或四脊椭圆波导、或基片集成波导，或微带线、或带线，或共面线、或鳍线、或脊隙波导等。

为了获得更好的匹配效果或更宽的带宽，所述至电磁通道至少包括一条支路，该支路由3个沿Y方向连通的通孔构成；沿Y方向，各通孔的最大宽度依次减小，然后增大。

进一步地，所述至电磁通道至少包括一条支路，该支路由5个沿Y 方向连通的通孔构成；沿Y方向，各通孔的最大宽度依次增大、减小、增大、减小。

继续增加构成该电磁通道的支路的通孔的数目，该错位传输线的匹配效果和带宽可以获得进一步改进：所述至电磁通道至少包括一条支路，该支路由7个沿Y方向连通的通孔构成；沿Y方向，各通孔的最大宽度依次增大、减小、减小、增大、增大、减小。

所述通孔数目可以增加到9：电磁通道至少包括一条支路，该支路由9个沿Y方向连通的通孔构成；沿Y方向，各通孔的最大宽度依次增大、增大、减小、减小、增大、增大、减小、减小。

不断增加构成该电磁通道的支路的通孔的数目，该错位传输线的匹配效果和带宽可以获得不断改进。但是，该数目太大时，该错位传输线的建模和优化计算效率将下降。

所述电磁通道可以包括两条支路，其横截面形状为“X”形

所述电磁通道可以为左右镜像对称。这时，所述错位传输线也可以是左右镜像对称的。

所述电磁通道可以为上下镜像对称。这时，所述错位传输线也可以是上下镜像对称的。

所述电磁通道左右镜像对称，同时上下镜像对称。所述错位传输线也可以是左右镜像对称，同时也是上下镜像对称的。

构成所述电磁通道的一条支路的通孔的较佳的选择，至少一个所述通孔的横截面形状为矩形。较佳的实现方式，所有所述通孔的横截面形状都为矩形。

同时，所述各矩形通孔在Y方向通过其相邻边连通。

这样构成的电磁通道，其设计过程在保持其灵活性的基础上，具有很高的建模和优化效率。

本发明采用多个矩形或其它形状的通孔连通构成的电磁通道来实现各种错位传输线的匹配。与已有的类似方案相比,可以显著提高其建模优化计算效率。这种电磁波电路的体积更小而且工作带宽更宽。特别是，本发明可以在超宽带的频率范围内实现不同传输线的错位连接。该结构可以用于匹配各种错位传输线，包括同轴线、矩形波导、圆波导、加脊的矩形波导或圆波导、SIW(基片集成波导)、微带、带线等，匹配效果和带宽上的优势明显。

附图说明

图1a为本发明和实施实例1的示意图。

图1b为本发明和实施实例1的示意图。

图2为本发明-实施实例2的示意图。

图3为本发明-实施实例2的电磁通道示意图。

图4为本发明-实施实例3的示意图。

图5为本发明-实施实例3的电磁通道示意图。

附图中标号对应名称：2-传输线，21-内导体，3-电磁通道，31- 通孔。

具体实施例

实施实例1

如图1a和图1b所示。

一种通用错位传输线，包括两根传输线2和一条电磁通道3；电磁通道3的两端面分别为一平面A和平面B的一部分；所述两根输入传输线2分别通过其一个切面与电磁通道3的两个端面中的一个连通；所述电磁通道3由一条支路构成，该条电磁波支路由7个沿Y方向连通的通孔31构成。

所述电磁通道的最大长度t小于该错位传输线的中心工作频率对应的自由空间中的波长的0.2倍。

两根传输线2的轴线在其横截面的X方向上错开距离大于任意一根传输线2在该方向上的最大尺寸的1/20。

两根传输线2都为矩形波导。C

该支路由7个沿Y方向连通的通孔31构成；沿Y方向，各通孔的最大宽度依次增大、减小、减小、增大、增大、减小。

所述电磁通道为左右镜像对称。

所述电磁通道为上下镜像对称。

构成所述电磁通道的一条支路的通孔的所有通孔31的横截面形状均为矩形。

同时，所述各矩形通孔31在Y方向通过其相邻边连通。

实施实例2

如图2和3所示。

与实施实例1相比，不同之处仅在于，两根传输线都为双脊波导。两根传输线沿X方向错开3毫米。双脊矩形波导的宽度为7.7毫米，高度为3.3毫米。金属脊宽度为1.93毫米。金属脊顶端之间的间隙为0.61毫米。采用长度仅为0.66毫米如图4所示的电磁通道，在 15～45GHz的工作带宽内，最大反射系数为-18dB。

实施实例3

如图4和5所示。

与实施实例1相比，不同之处仅在于，两根传输线都为双脊波导。两根传输线沿Y方向错开0.75毫米。双脊矩形波导的宽度为7.7 毫米，高度为3.3毫米。金属脊宽度为1.93毫米。金属脊顶端之间的间隙为0.61毫米。采用长度仅为0.38毫米电磁通道，在15～45GHz 的工作带宽内，最大反射系数为-22dB。

为了描述本发明，还可以举出更多的实施实例。原则上，任意横截面形状的传输线的横向错位通过所述电磁通道连通都可以实现宽带低反射匹配，而且都属于本发明专利保护范围。为了实现上述各实施实例，各通孔的形状可能需要根据加工方式加以相应改变。比如，采用数控铣床加工时，其中的内部棱线需要被导角。倒角的曲率半径为数毫米到0.5毫米。如果采用线切割加工，这些棱线也需要被导圆，只是倒角曲率半径可以小到0.1毫米。原则上，凡是符合本文权利要求的各种实施都属于本发明专利披露的内容。

Claims (10)

1.一种通用错位传输线，其特征在于，包括至少两根传输线(2)和至少一条电磁通道(3)；电磁通道(3)的两端面分别为一平面A和平面B的一部分；所述两根输入传输线(2)分别通过其一个切面与电磁通道(3)的两个端面中的一个连通；所述电磁通道(3)由至少一条支路构成，至少一条电磁波支路由至少3个沿Y方向连通的通孔(31)构成；所述电磁通道的最大长度t为分别位于该电磁通道(3)的两个端面上的任意两点的连线在Z方向上的投影长度的最大值；该错位传输线的中心工作频率定义为SQRT(f1*f2)；其中f1为该错位传输线的最低工作频率，f2为该错位传输线的最高工作频率，SQRT为平方根函数；X轴和Y轴位于该电磁通道(3)的一个端面的平面内，并且X轴、Y轴和Z轴符合右手定则；任意通孔(31)的最大宽度为该通孔(31)上的任意两点之间的连线在X方向投影的最大长度；输入传输线(2)的输入端和输出传输线(8)的输出端的端面的法线方向D和E分别定义为其端面几何中心处轴线方向并与信号流动方向一致；所述两根传输线(2)的轴线在其横截面的一个方向上错开距离大于任意一根传输线(2)在该方向上的最大尺寸的1/20，所述输入传输线(2)为不同的传输线，或为同轴线、或矩形同轴线、或矩形波导、或单脊矩形波导、或双脊矩形波导、或四脊矩形波导、或方波导、或十字波导、或椭圆波导、或单脊椭圆波导、或双脊椭圆波导、或四脊椭圆波导、或基片集成波导(SIW)，或微带线、或带线，或共面线、或鳍线、或脊隙波导(RidgeGap Waveguide) 等；所述输出传输线(8)为不同的传输线，或为同轴线、或矩形同轴线、或矩形波导、或单脊矩形波导、或双脊矩形波导、或四脊矩形波导、或方波导、或十字波导、或椭圆波导、或单脊椭圆波导、或双脊椭圆波导、或四脊椭圆波导、或基片集成波导(SIW)，或微带线、或带线，或共面线、或鳍线、或脊隙波导(Ridge Gap Waveguide)。

2.根据权利要求1所述的一种通用错位传输线，其特征在于，至少一条所述电磁通道的最大长度t小于该错位传输线的中心工作频率对应的自由空间中的波长的0.2倍。

3.根据权利要求1所述的一种通用错位传输线，其特征在于，所述电磁通道至少包括一条支路，该支路由3个沿Y方向连通的通孔(31)构成；沿Y方向，各通孔的最大宽度依次减小，然后增大。

4.根据权利要求1所述的一种通用错位传输线，其特征在于，所述至电磁通道至少包括一条支路，该支路由5个沿Y方向连通的通孔(31)构成；沿Y方向，各通孔的最大宽度依次增大、减小、增大、减小。

5.根据权利要求1所述的一种通用错位传输线，其特征在于，所述至电磁通道至少包括一条支路，该支路由7个沿Y方向连通的通孔(31)构成；沿Y方向，各通孔的最大宽度依次增大、减小、减小、增大、增大、减小。

6.根据权利要求1所述的一种通用错位传输线，其特征在于，所述至电磁通道至少包括一条支路，该支路由9个沿Y方向连通的通孔(31)构成；沿Y方向，各通孔的最大宽度依次增大、增大、减小、减小、增大、增大、减小、减小。

7.根据权利要求1所述的一种通用错位传输线，其特征在于，所述至少一条支路沿Z轴旋转一定角度。

8.根据权利要求1所述的一种通用错位传输线，其特征在于，所述电磁通道包括三条支路，其横截面形状为“X”形。

9.根据权利要求1所述的一种通用错位传输线，其特征在于，所述电磁通道左右镜像对称或/和上下镜像对称。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种通用错位传输线，其特征在于，至少一个所述通孔(31)的横截面形状为矩形，所述各矩形通孔(31)在Y方向通过其相邻边连通。