[发明专利]具有滤波特性的波导到微带过渡结构

说明书

技术领域

本发明涉及微波滤波器技术领域，具体涉及一种具有滤波特性的波导到微带过渡结构。

背景技术

矩形波导具有导体损耗小、功率容量大、无辐射损耗、结构简单、易于制造等优点，广泛应用3000MHz～300GHz的微波频段和毫米波频段的通信、雷达、遥感、电子对抗和测量等系统中。在20世纪50年代以前，所有的微波设备几乎都是采用波导或者同轴线。随着毫米波技术的发展，毫米波混合集成电路与单片集成电路在通信、雷达、制导以及其它一些系统中得到广泛地应用。

目前，在毫米波技术中，微带传输线正在越来越多的场合取代金属波导，成为制作毫米波集成电路的重要传输线。在使用MMIC的毫米波系统中，对各个MMIC之间的连接采用的是微带线。而现有的毫米波测试系统往往采用的是矩形波导接口，这就要求在使用MMIC的系统中寻找一种低成本、低损耗、易制造的矩形波导到微带过渡。目前常用的过渡结构有：阶梯脊波导过渡、对脊鳍线过渡、耦合探针过渡等。这些过渡结构带宽较宽，插入损耗小。为了便于测试、传输以及独立微带电路之间的连接，如何实现波导与微带间的低损耗转换就成了微波毫米波技术研究的重要内容。

微带-探针-波导过渡的插入损耗低，驻波小，重复性好，是毫米波平面集成电路中应用最为广泛的一种过渡结构。在这种结构中微带探针经过一段高阻抗线变换到微带线，利用一段起耦合作用的探针把波导中的电磁场耦合到微带中去。矩形波导中离开过渡探针λ/4的短路面保证探针在波导内处于最大电压，即电场最强位置。介质基片穿过矩形波导，固定在测试腔体上，为基片提供了定位保证。

现有的波导到微带过渡主要有以下几种方式来实现：

第一种是微带过渡为波导-探针-微带过渡。该波导到微带过渡的插入损耗低，驻波小，重复性好，是毫米波平面集成电路中应用最为广泛的一种过渡结构。但是该结构功能单一、频率选择性差，即：仅具有把能量从波导结构耦合到微带结构的单一功能，不具有一种结构具有多种功能的特性，不利于系统的小型化设计。频率选择性差。该结构可以具有在较宽的一个频带范围内实现较低能量损耗的传输特性，但是频率的选择性比较差。在具体的应用场合下，系统有工作带宽的限制，所以利用此结构不能达到较好带宽选择的目的(Y.-C.Leong,S.Weinreb,"Full band waveguide-to-microstrip probe transitions",IEEE MTT-S Microwave Symposium Diges,Vol.4,pp.1435–1438,June 1999)。

第二种是波导-对极鳍线-微带过渡。在这种结构中，鳍线槽宽逐渐变化到全高金属波导，在面对空波导的鳍线渐变段末端，由介质基片引入的不连续效应通过一段或两段四分之一工作波长变换段减至最小。但是该结构功能单一、频率选择性差，不利于系统的小型化设计(蒲大雁，“基于磁耦合的矩形波导—微带过渡电路研究及应用”，硕士论文，电子科技大学，2009)。

第三种是波导-脊波导-微带过渡。相对于标准波导，加脊波导频带宽、波导内电场分布较为集中，因而决定了它能很好地完成从标准矩形波导到微带过渡所需的场匹配和阻抗匹配。但是该结构功能单一、体积大、频率选择性差，同时需要精确的机械加工，体积也较大，不利于系统的小型化设计(周杨等，“脊波导到微带过渡器的仿真设计”，实验科学与技术，第6卷，第5期，2008年10月)。

第四种是波导-同轴探针-微带过渡。采用一个波导同轴过渡结构将传输线从波导转换成同轴系统，再通过同轴微带过渡结构完成转换。但是该结构功能单一、频率选择性差(宋志东等，“一种Ka波段宽带波导-微带转换器的研制”，火控雷达技术，第43卷第4期(总第170期)，2014年l2月)。

现有的波导型鳍线滤波器主要有以下几种方式来实现：

在金属波导内加载带有某种电路结构的介质基片，以实现其具有滤波特性的目的。但是该结构在通带外不能引入传输零点而使频率选择性及带外抑制特性差(饶克谨等，“毫米波鳍线滤波器的优化设计”，电子学报，第6期，1988年11月)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种小型化的且具有良好的频率选择性及带外抑制特性波导到微带过渡结构。