CN108539346A - 一种传输线转接器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传输线转接器，采用多个矩形或其它形状的通孔互相连通构成的电磁波通道来匹配各种不同结构的传输线。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。这种传输线转接器的体积更小而且工作带宽更宽。本发明主要用于各电磁波、毫米波和太赫兹波段的通信和雷达系统中。

Description

一种传输线转接器

技术领域

本发明涉及一种电磁波元件，具体地说，是涉及一种紧凑的传输线转接器。

背景技术

在各种电磁波系统中，各种传输线的转接问题普遍存在。传统的不同传输线之间的转接常采用多节传输线匹配方式，每节传输线作为阻抗变换器的一级，长度为其波导波长的1/4。由于一般微波频率的传输线的波长比较长，特别是在低频微波频段，常规技术导致转接器的体积比较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是一种紧凑型传输线转接器，与现有技术相比，结构更简单、加工更方便、工作频率更宽。

本发明通过下述技术方案实现：

一种传输线转接器，包括一根传输线，另一根传输线和至少一条电磁波通道。任意一条电磁波通道的两端面分别为一平面A和平面B的一部分。所述每一根传输线的一端与一条电磁波通道的一端连通。所述任意电磁波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31构成。

较佳的设计：所述微波通道的数目为2；所述一条电磁波通道通过其一个端面与另一条电磁波通道的一个端面连通。

为了便于保证所述传输线转接器的加工精度，所述两条微波通道设置在同一个金属体上。

所述传输线转接器非常紧凑：所述任意微波通道的最大长度t小于该微波匹配结构的中心工作频率对应的自由空间中的波长的0.2倍。

较佳的设计：所述微波通道的数目为2；所述一条电磁波通道通过其一个端面与另一条电磁波通道的一个端面连通。

为了便于保证所述传输线转接器的加工精度，所述两条微波通道设置在同一个金属体上。

所述传输线和传输线为不同的传输线，包括但不限于同轴线、矩形同轴线、矩形波导、单脊矩形波导、双脊矩形波导、四脊方波导、方波导、十字波导、椭圆波导、单脊椭圆波导、双脊椭圆波导、圆波导、单脊圆波导、双脊圆波导、四脊圆波导、脊隙波导等。

或者，所述传输线均为单脊矩形波导；所述一根传输线的金属脊与该单脊矩形波导传输线的底部相连；所述另一根传输线的金属脊与该单脊矩形波导传输线的顶部相连。所述传输线转接器实现了金属脊位置相对的不同单脊矩形波导的转接。

或者,所述一根传输线为单脊矩形波导；所述另一根传输线为双脊矩形波导；所述单脊波导传输线的金属脊与该单脊波导传输线的底部相连；所述双脊矩形波导传输线的金属脊分别与该双脊矩形波导传输线的底部和顶部相连。

或者,所述一根传输线为同轴传输线；所述另一根传输线为矩形波导。所述传输线转接器实现了同轴线与矩形波导的紧凑型转接。

或者，所述一根传输线为十字波导；所述另一根传输线为四脊方波导。

或者，所述一根传输线为四脊方波导；所述另一根传输线为圆波导。

或者，所述一根传输线为方波导；所述另一根传输线为圆波导。

或者，所述一根传输线为矩形波导；所述另一根传输线为圆波导。

或者，所述一根传输线为同轴线；所述另一根传输线为矩形同轴线。

或者，所述一根传输线为矩形波导；所述另一根传输线为四脊方波导。

或者，所述一根传输线为矩形波导；所述另一根传输线为十字波导。

或者，所述一根传输线为脊波导；所述另一根传输线为脊隙波导。

较佳的设计，所述电磁波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。

或者，所述电磁波通道至少包括一条支路，该支路由至少7个沿Y方向连通的通构成；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。

或者，所述电磁波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。

所述电磁波通道左右镜像对称。

所述电磁波通道也可以成上下镜像对称。

为了便于建模优化，至少一个所述通孔31的横截面形状为矩形。

所述各矩形通孔在Y方向通过其相邻边连通。

具体到每条电磁通道的横截面形状，可以分别为：两条互不连通的支路构成的电磁通道，两条交叉支路构成的、中空的电磁通道，三条相互交叉的支路构成电磁通道，矩形通孔构成的左右和上下都对称的电磁通道，和矩形通孔构成的上下对称的电磁通道等。

本发明采用多个矩形或其它形状的通孔互相连通构成的电磁波通道来匹配各种传输线。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。这种传输线转接器的体积更小而且工作带宽更宽。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明示意图。

图2为本发明的电磁通道示意图。

图3为本发明的两条电磁通道示意图。

图4a为本发明的同轴线示意图。

图4b为本发明的矩形同轴线示意图。

图4c为本发明的方波导示意图。

图4d为本发明的单脊矩形波导示意图。

图4e为本发明的双脊矩形波导示意图。

图4f为本发明的四脊方波导示意图。

图4g为本发明的方波导示意图。

图4h为本发明的十字波导示意图。

图4i为本发明的椭圆波导示意图。

图4j为本发明的单脊椭圆波导示意图。

图4k为本发明的双脊椭圆波导示意图。

图4l为本发明的圆波导示意图。

图4m为本发明的单脊圆波导示意图。

图4n为本发明的双脊圆波导示意图。

图4o为本发明的四脊圆波导示意图。

图5a为本发明-实施例1的示意图。

图5b为本发明-实施例1的示意图。

图5c为本发明-实施例1的示意图。

图5d为本发明-实施例1的示意图。

图6为本发明-实施例2的示意图。

图7为本发明-实施例2的电磁通道示意图。

图8为本发明-实施例2四脊方波导示意图。

图9为本发明-实施例3的示意图。

图10为本发明-实施例3的一条电磁通道示意图。

图11为本发明-实施例3的另一条电磁通道示意图。

图12为本发明-实施例4的示意图。

图13为本发明-实施例4的一条电磁通道示意图。

图14为本发明-实施例4的另一条电磁通道示意图。

图15为本发明-实施例5的示意图。

图16为本发明-实施例5的电磁通道示意图。

图17为本发明-实施例5的双脊矩形波导示意图。

图18为本发明-实施例6的示意图。

图19为本发明-实施例6的电磁通道示意图。

图20为本发明-实施例6的同轴线示意图。

图21为本发明-实施例7的示意图。

图22为本发明-实施例7的电磁通道示意图。

图23为本发明-实施例7的矩形同轴线示意图。

图24为本发明的一条支路的电磁通道示意图。

图25为本发明的两条交叉支路构成的电磁通道示意图。

图26为本发明的两条互不连通的支路构成的电磁通道示意图。

图27为本发明的两条交叉支路构成的、中空的电磁通道示意图。

图28为本发明-实施例8示意图。

图29为本发明-实施例8示意图。

图30为本发明-实施例8示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

2-传输线，21-同轴线内导体，22-金属脊，3-电磁通道，31-通孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1～3，图4a～4o，图5a～5d所示。

图4a～4o为现有的传输线截面图。

一种传输线转接器，包括一根传输线2，另一根传输线2和至一条电磁波通道3。该电磁波通道3的两端面分别为一平面A和平面B的一部分。所述每一根两根传输线2的一端分别与电磁波通道3的一端连通。

所述传输线转接器非常紧凑：所述微波通道的最大长度t小于该微波匹配结构的中心工作频率对应的自由空间中的波长的0.2倍。

所述传输线2均为单脊矩形波导；所述一根传输线2的金属脊22与该单脊矩形波导传输线2的底部相连；所述另一根传输线2的金属脊22与该单脊矩形波导传输线2的顶部相连。所述传输线转接器实现了金属脊位置相对的不同单脊矩形波导的转接。

所述电磁波通道包括一条支路，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。

所述电磁波通道左右镜像对称。

5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。

实施例2

如图6-8所示。

本实施实例与实施实例1的区别仅在于：

所述一根传输线2为十字波导，所述另一根传输线为四脊方波导。

所述一条电磁波通道3通过其一个端面与另一条电磁波通道3的一个端面连通。

所述两根电磁波通道3上下镜像对称。电磁波通道3的截面面积可以设计为沿中心到边缘依次减小、增大、减小和减小。该传输线连接器在1.48毫米的长度范围内在19.6～23.3GHz的频段内使垂直极化的电磁波的反射系数低于-20dB。同时，使水平极化的电磁波的反射系数低于-20dB。据我们仔细查询，类似的常规技术未见发表。

实施例3

如图9-11所示。

本实施实例与实施实例2的主要区别仅在于：

在两根传输线之间使用了两条电磁通道。

所述两条微波通道设置在同一个金属体上。

所述一根传输线2为四脊方波导，另一根传输线2为圆波导。

电磁通道的外边缘设置位于凸起结构，使得该传输线连接器在4.03毫米的长度范围内在19.6～31GHz的范围内使垂直极化和水平极化的电磁波的反射系数都低于-30dB。据我们仔细查询，类似的常规技术未见发表。

实施例4

如图12-14所示。

本实施实例与实施实例2的主要区别仅在于：

在两根传输线之间使用了两条电磁通道。

所述两条微波通道设置在同一个金属体上。

所述一根传输线2为矩形波导，另一根传输线2为圆波导。电磁通道3设置为H型，使得该传输线连接器财通长度分别为4毫米和2毫米的两条电磁通达在19.6～31GHz的范围内使垂直极化的电磁波的反射系数低于-30dB。

实施例5

如图15-17所示。

本实施实例与实施实例2的主要区别仅在于：

所述一根传输线2为单脊矩形波导，另一根传输线2为双脊矩形波导。电磁通道3的截面面积由内向外依次增大、增大、增大、增大、减小、减小、减小，使得该传输线连接器在在0.42毫米的长度范围内15～45GHz的范围内使垂直极化的电磁波的反射系数低于-30dB。据我们仔细查询，类似的常规技术未见发表。

实施例6

如图18-20所示。

本实施实例与实施实例2的主要区别仅在于：电磁通道3的截面面积由内向外依次减小、增大、增大、减小、增大、减小、减小，使得所述一根传输线2为BJ320矩形波导，另一根传输线2为同轴线。

该传输线连接器在26.3～40GHz的全带宽工作范围内使垂直极化的电磁波的反射系数低于-13.5dB。电磁通道的最大长度为2.34毫米。普通技术这种转接至少需要20毫米长。本发明的技术优势显而易见。

实施例7

如图21-23所示。

本实施实例与实施实例2的主要区别仅在于：

所述一根传输线2为同轴线，另一根传输线2为矩形同轴线。将电磁通道3设置为多个朝向电磁通道3质心的通道，且存在多个通道的外缘上设置凸起。该传输线连接器在4～40GHz的范围内使电磁波的反射系数低于-18dB。

注意这时的电磁通道的形状比较复杂。电磁通道的最大长度为1.2毫米。

实施例7

如图24-30所示。

具体到每条电磁通道的横截面形状，可以分别为：两条互不连通的支路构成的电磁通道3，两条交叉支路构成的、中空的电磁通道3，三条相互交叉的支路构成电磁通道3，矩形通孔31构成的左右和上下都对称的电磁通道3，和矩形通孔31构成的上下对称的电磁通道3。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种传输线转接器，其特征在于，包括两根传输线(2)，和至少一条电磁波通道(3)；电磁波通道(3)的两端面分别为一平面A和平面B的一部分；所述每一根传输线(2)的一端与一条电磁波通道(3)的一端连通；所述任意电磁波通道(3)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(31)构成；所述电磁波通道的最大长度t为分别位于该电磁波通道两个端面上的任意两点之间的连线在Z方向上的投影长度的最大值；

该传输线转接器的中心工作频率定义为SQRT(f1*f2)；其中f1为该传输线转接器的最低工作频率，f2为该传输线转接器的最高工作频率，SQRT为平方根函数；X轴和Y轴在电磁波通道(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；所述电磁波通道(3)在XY平面上的截面为其横截面；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。

2.根据权利要求1所述的一种传输线转接器，其特征在于，所述电磁波通道(3)的数目为两个；所述一条电磁波通道(3)通过其一个端面与另一条电磁波通道(3)的一个端面连通；所述两电磁波通道(3)设置在同一个金属体上。

3.根据权利要求1所述的一种传输线转接器，其特征在于，至少一条微波通道的最大长度t小于该微波匹配结构的中心工作频率对应的自由空间中的波长的0.2倍。

4.根据权利要求1所述的一种传输线转接器，其特征在于，所述两根传输线(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、或四脊方波导、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、或圆波导、或单脊圆波导、或双脊圆波导、或四脊圆波导、或脊隙波导。

5.根据权利要求1所述的一种传输线转接器，其特征在于，所述两根传输线(2)均为单脊矩形波导；所述一根传输线(2)的金属脊(22)与该传输线(2)的底部相连；所述另一根传输线(2)的金属脊(22)与该传输线(2)的顶部相连。

6.根据权利要求1所述的一种传输线转接器，其特征在于，所述一根传输线(2)为单脊矩形波导，其金属脊(22)与该单脊矩形波导传输线(2)的底部相连；所述另一根传输线(2)为双脊矩形波导，其两个金属脊(22)分别与该双脊矩形波导传输线(2)的底部和顶部相连。

7.根据权利要求1所述的一种传输线转接器，其特征在于，两根传输线可以为以下组合：

所述一根传输线(2)为同轴传输线，所述另一根传输线(2)为矩形波导；

或者所述一根传输线(2)为十字波导，所述另一根传输线(2)为四脊方波导；

或者所述一根传输线(2)为四脊方波导，所述另一根传输线(2)为圆波导；

或者所述一根传输线(2)为方波导，所述另一根传输线(2)为圆波导；

或者所述一根传输线(2)为矩形波导，所述另一根传输线(2)为圆波导；

或者所述一根传输线(2)为同轴线，所述另一根传输线(2)为矩形同轴线；

或者所述一根传输线(2)为矩形波导，所述另一根传输线(2)为四脊方波导；

或者所述一根传输线(2)为矩形波导，所述另一根传输线(2)为十字波导；

或者所述一根传输线(2)为脊波导，所述另一根传输线(2)为脊隙波导。

8.根据权利要求1所述的一种传输线转接器，其特征在于，所述电磁波通道至少包括一条支路，当支路由5个沿Y方向连通的通孔(31)构成时，沿Y方向，各通孔的最大宽度依次增大、减小、增大、减小；当支路由至少7个沿Y方向连通的通孔(31)构成；

沿Y方向时，各通孔的最大宽度依次增大、减小、减小、增大、增大、减小；当支路由9个沿Y方向连通的通孔(31)构成时；

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。

9.根据权利要求1所述的一种传输线转接器，其特征在于，所述电磁波通道左右镜像对称或上下镜像对称。

10.根据权利要求1所述的一种传输线转接器，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。