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一种基片集成同轴线馈电的宽带圆波导旋转关节

阅读：883发布：2020-09-29

专利汇可以提供一种基片集成同轴线馈电的宽带圆波导旋转关节专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基片集成同轴线馈电的宽带圆波导旋转关节，包括：两个相同的基片集成同轴线馈电以及垂直连接两个基片集成同轴线馈电的圆波导。基片集成同轴线馈电包括从上而下依次层叠的顶层金属层、上层介质基片、中间金属层、下层介质基片、底层金属层以及连通各层的金属通孔，形成基片集成同轴线以及基片集成圆形腔。中间金属层为直线型结构，终端位于基片集成圆形腔内并呈圆形。终端圆心处设有金属连接孔，并垂直连接至顶层金属层。在顶层金属层上还设有环形耦合槽，环形耦合槽位于基片集成圆形腔内。本发明解决了现有圆波导旋转关节无法同时满足宽带、结构简单及易于与基片集成系统衔接的问题，特别是在带宽上有明显提升。，下面是一种基片集成同轴线馈电的宽带圆波导旋转关节专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基片集成同轴线馈电的宽带圆波导旋转关节，其特征在于，包括：两个相同的基片集成同轴线馈电(1，2)以及圆波导，所述圆波导垂直连接两个所述基片集成同轴线馈电(1，2)，所述圆波导上设有扼流槽(4)，所述扼流槽(4)将圆波导分割为上半部分(31)和下半部分(32)；
其中，所述基片集成同轴线馈电(1，2)包括从上而下依次层叠的顶层金属层(11)、上层介质基片(12)、中间金属层(13)、下层介质基片(14)、底层金属层(15)以及连通各层的金属通孔(16)，所述金属通孔(16)从侧边开始成两列平行排列形成基片集成同轴线，然后两列金属通孔(16)呈圆形排列形成基片集成圆形腔；
所述中间金属层(13)为直线型结构，所述直线型结构位于所述金属通孔(16)之间，所述中间金属层(13)的终端位于所述基片集成圆形腔内并呈圆形；所述终端圆心处设有金属连接孔(18)，并垂直连接至所述顶层金属层(11)；在所述顶层金属层(11)上还设有环形耦合槽(17)，所述环形耦合槽(17)位于所述基片集成圆形腔内。
2.根据权利要求1所述的基片集成同轴线馈电的宽带圆波导旋转关节，其特征在于，所述环形槽与所述基片集成圆形腔同心设置。
3.根据权利要求1所述的基片集成同轴线馈电的宽带圆波导旋转关节，其特征在于，所述中间金属层(13)的终端偏离所述基片集成圆形腔的中心。
4.根据权利要求2所述的基片集成同轴线馈电的宽带圆波导旋转关节，其特征在于，呈圆形排列的所述金属通孔(16)紧邻所述环形耦合槽(17)。
5.根据权利要求1-4任一所述的基片集成同轴线馈电的宽带圆波导旋转关节，其特征在于，所述基片集成圆形腔由所述基片集成同轴线激励，通过所述环形耦合槽(17)与圆波导旋转主体进行耦合，使得所述基片集成圆形腔中的TM210和TM020模式以及圆波导旋转主体中的TM010和TM011模式同时工作。

说明书全文

一种基片集成同轴线馈电的宽带圆波导旋转关节

技术领域

[0001] 本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种微波宽带圆波导旋转关节。

背景技术

[0002] 旋转关节在具备旋转功能的同时能稳定传输信号，其广泛应用于雷达、卫星通信、动中通、微波暗室转台等通信系统中，为系统提供方位角360°或俯仰上±90°旋转。由于旋转关节需要旋转对称的场分布，通常旋转关节的旋转主体主要分为同轴式或圆波导式。其中同轴式旋转主体传输宽带的TEM模式，但结构较复杂。圆波导式旋转主体主要利用旋转对称的TM01模式，结构简单。旋转关节的馈电形式由旋转关节的应用环境决定。目前基片集成同轴线集成性高、带宽宽、损耗小、尺寸小、制作工艺简单、成本低、重量轻，同时拥有良好的屏蔽性和非色散性等特点，因此被广泛应用于高集成度和宽带的微波系统中。综上所述，基片集成同轴线馈电的圆波导旋转关节适用于基片集成同轴线系统，且旋转部分结构简单，因此在获得足够带宽的前提下能解决基片集成同轴线系统的旋转传输问题。

[0003] 目前已报道了多种基于圆波导旋转主体的旋转关节设计技术。大多数圆波导旋转关节采用矩形波导等传统传输线进行馈电，利用矩形波导中的TE10模式激励圆波导中的TM01或TE01模式，但是此类圆波导旋转关节的馈电体积较大、不易于集成，同时带宽较窄。少数设计采用基片集成波导对圆波导旋转主体进行馈电，如采用单层基片集成波导馈电的插入式基片集成探针对圆波导旋转主体进行馈电，激励圆波导中的TM01模式。此种方法缩小了整体体积，易于接入基片集成系统，缺陷是带宽较窄。另一种方法利用双层基片集成波导表面的蚀刻磁流环对圆波导进行馈电，激励圆波导中的TM01模式。此方法在易于接入基片集成系统的基础上，一定程度提升了带宽达到11％，但是远没有达到TM01模式的极限带宽。然而，目前还没有基于基片集成同轴线馈电的圆波导旋转关节，如果该类旋转关节能满足宽带、结构简单及易于与基片集成系统衔接，将有利于旋转传输应用环境下的集成式微波系统。

发明内容

[0004] 发明目的：针对上述现有技术，提出一种基片集成同轴线馈电的宽带圆波导旋转关节，解决现有圆波导旋转关节无法同时满足宽带、结构简单及易于与基片集成系统衔接的问题。

[0005] 技术方案：一种基片集成同轴线馈电的宽带圆波导旋转关节，其特征在于，包括：两个相同的基片集成同轴线馈电以及圆波导，所述圆波导垂直连接两个所述基片集成同轴线馈电，所述圆波导上设有扼流槽，所述扼流槽将圆波导分割为上半部分和下半部分；

[0006] 其中，所述基片集成同轴线馈电包括从上而下依次层叠的顶层金属层、上层介质基片、中间金属层、下层介质基片、底层金属层以及连通各层的金属通孔，所述金属通孔从侧边开始成两列平行排列形成基片集成同轴线，然后两列金属通孔呈圆形排列形成基片集成圆形腔；

[0007] 所述中间金属层为直线型结构，所述直线型结构位于所述金属通孔之间，所述中间金属层的终端位于所述基片集成圆形腔内并呈圆形；所述终端圆心处设有金属连接孔，并垂直连接至所述顶层金属层；在所述顶层金属层上还设有环形耦合槽，所述环形耦合槽位于所述基片集成圆形腔内。

[0008] 进一步的，所述环形槽与所述基片集成圆形腔同心设置。

[0009] 进一步的，所述中间金属层的终端偏离所述基片集成圆形腔的中心。

[0010] 进一步的，呈圆形排列的所述金属通孔紧邻所述环形耦合槽。

[0011] 进一步的，所述基片集成圆形腔由所述基片集成同轴线激励，通过所述环形耦合槽与圆波导旋转主体进行耦合，使得所述基片集成圆形腔中的TM210和TM020模式以及圆波导旋转主体中的TM010和TM011模式同时工作。

[0012] 有益效果：基片集成圆形腔中的TM210和TM020模式由基片集成同轴线激励，并通过环形槽与圆波导旋转主体中的TM010和TM011模式进行耦合，获得的基片集成同轴线馈电圆波导旋转关节具有宽带、结构简单及易于与基片集成系统衔接的特点。具体有益效果如下：

[0013] 1、基片集成圆形腔由基片集成同轴线激励，通过环形槽与圆波导旋转主体进行耦合，使得基片集成圆形腔中的TM210和TM020模式以及圆波导旋转主体中的TM010和TM011模式能够同时工作获得宽带性能。

[0014] 2、环形耦合槽与基片集成圆形腔的圆心重叠，并且环形槽靠近圆形排列过孔，使得环形槽处于基片集成圆形腔TM210和TM020模式电场较强的地方，保证获得较强的耦合，以便形成宽带性能。

[0015] 3、中间金属层的圆形终端位于基片集成圆形腔中，且偏离基片集成圆形腔中心一段距离，便于同时激励基片集成圆形腔的TM210和TM020模式，以及使得整个旋转关节获得宽带匹配。附图说明

[0016] 图1为本发明剖面结构示意图；

[0017] 图2为基片集成同轴线馈电结构示意图；

[0018] 图3为旋转关节仿真图。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

[0020] 如图1所示，一种基片集成同轴线馈电的宽带圆波导旋转关节，包括：两个相同的基片集成同轴线馈电1，2以及圆波导，圆波导垂直连接基片集成同轴线馈电1和基片集成同轴线馈电2。圆波导上设有扼流槽4，扼流槽4将圆波导分割为上半部分31和下半部分32。

[0021] 如图2所示，基片集成同轴线馈电1，2包括从上而下依次层叠的顶层金属层11、上层介质基片12、中间金属层13、下层介质基片14、底层金属层15以及连通各层的金属通孔16。金属通孔16从侧边开始成两列平行排列，与顶层金属层11、上层介质基片12、中间金属层13、下层介质基片14和底层金属层15构成基片集成同轴线；然后两列金属通孔16呈圆形排列、与顶层金属层11、上层介质基片12、下层介质基片14和底层金属层15基片集成圆形腔。

[0022] 中间金属层13为直线型结构，直线型结构位于金属通孔16之间。中间金属层13的终端位于基片集成圆形腔内并呈圆形，该圆形终端偏离基片集成圆形腔的中心。终端圆心处设有金属连接孔18，并垂直连接至顶层金属层11。在顶层金属层11上还设有环形耦合槽17，环形耦合槽17位于基片集成圆形腔内，环形槽与基片集成圆形腔同心设置，呈圆形排列的金属通孔16紧邻该环形耦合槽17。

[0023] 信号通过基片集成同轴线馈电结构1的端口馈入，激励起基片集成同轴线的TEM模，经过中间金属层13延伸至基片集成圆形腔内转换成具有对称场分布的两个谐振模式TM210和TM020。TM210和TM020信号通过金属连接孔18、顶层金属层11以及环形耦合槽17耦合到圆波导31，32，激励起圆波导31，32中旋转对称的TM010和TM011模式。最终，信号再经过一个反过程从圆波导31，32中传输至基片集成同轴线2中输出，获得宽带的性能。扼流槽4在圆波导上半部分32与下半部分31相对旋转的过程中保持了电连续防止了信号的泄露。与现有圆波导旋转关节相比，本发明同时满足宽带、结构简单及易于与基片集成系统衔接，特别是在带宽上有明显提升。

[0024] 仿真结果如图3所示，可见其10-dB匹配带宽覆盖8.2GHz-10.42GHz，即相对带宽为23.9％，覆盖了TM01模式的极限带宽。插入损耗0.5-1.2dB，旋转不同角度馈电时，性能变化小，具有较好的稳定性。旋转关节的物理尺寸为32.2mm×27.6mm,对应的电尺寸为1λg×0.8λg，λg为中心频率所对应的导波波长,。本案例采用RO4003C基板，其介电常数为3.38，损耗角为0.0027，厚度为0.813*2mm。

[0025] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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