一种传输线转换结构与天线驻波测试系统

技术领域

本申请涉及天线技术领域，具体而言，涉及一种传输线转换结构与天线驻波测试系统。

背景技术

随着现代通信技术的不断发展，射频微波技术在无线通信领域的应用越来越多。由于通信和传输信号频率的增大，传统的集总参数电路已经无法满足微波电路的要求，因此微波技术设计者使用传输线来代替传统导线。传输线中使用最多，范围最广的是波导传输线和微带传输线。由于金属波导传输系统及其原件构成的微波电路系统具有功率容量大、损耗小、无辐射损耗、结构简单、品质因素Q值高的优点，金属波导仍然是许多微波和毫米波应用系统的重要组成部分。但是缺点是体积大、笨重、集成度低。

电路结构小型化、集成化的微波平面传输线构成的微波集成电路越来越受到业界的欢迎。为了获得波导传输线及微带传输线两者优势，需要一种连接器来实现传输线之间的转换，使得二者能够有机地结合在一起并获得最优效果。且现在许多毫米波实验设备的输入输出端口均为波导形式，在微波/毫米波电路和系统中经常需要进行着两种传输线形式的转换，尤其是在毫米波天线测量系统中，由于频段较高，天线尺寸较小，没有办法直接进行测量，通常在较高频段，将传统的实验设备经过扩频组件实现扩频效果，但这样与平面电路连接的端口依旧为波导结构。因此，在毫米波单片集成电路和混合电路的检测以及波导与平面电路的连接中，波导到微带线的转换结构非常关键。

然而，目前的波导与微带线的转换结构存在结构复杂、成本高的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种传输线转换结构与天线驻波测试系统，以解决现有技术中波导与微带线的转换结构存在结构复杂、成本高的问题。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

一方面，本申请实施例提供了一种传输线转换结构，所述传输线转换结构包括连接层、金属板以及贴片，所述连接层上设置有与波导形状相同的耦合窗口，所述金属板上设置有与所述耦合窗口形状相同的凹槽，所述贴片置于所述耦合窗口内，所述金属板与所述连接层相连，且所述凹槽盖设于所述耦合窗口上；其中，

所述连接层的远离所述贴片的一面与所述波导连接，所述贴片用于与微带线连接，以使所述波导与所述微带线通过所述贴片进行能量的耦合。

可选地，所述连接层包括第一金属层、介质层以及第二金属层，所述第一金属层、所述介质层以及所述第二金属层逐层连接，所述第一金属层与所述第二金属层在对应的位置均设置有所述耦合窗口；其中，

所述贴片置于所述第一金属层的耦合窗口内，且所述贴片与所述第一金属层位于同一平面；所述第二金属层的耦合窗口与所述波导连接。

可选地，所述传输线转换结构还包括多个金属通孔，每个所述金属通孔均贯穿所述第一金属层、所述介质层以及所述第二金属层，以使所述第一金属层与所述第二金属层通过所述金属通孔连接，且所述金属通孔接地。

可选地，所述多个金属通孔环绕于所述耦合窗口外。

可选地，所述凹槽的深度为λ

另一方面，本申请实施例还提供了一种天线驻波测试系统，所述系统包括矢量网络分析仪、扩频组件、波导、待测天线以及上述的传输线转换结构，所述待测天线与所述传输线转换结构的贴片连接，所述矢量网络分析仪分别与所述扩频组件、所述传输线转换结构连接，所述扩频组件与所述波导连接，所述波导还与所述传输线转换结构连接。

相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请提供了一种传输线转换结构与天线驻波测试系统，该传输线转换结构包括连接层、金属板以及贴片，连接层上设置有与波导形状相同的耦合窗口，金属板上设置有与耦合窗口形状相同的凹槽，贴片置于耦合窗口内，金属板与连接层相连，且凹槽盖设于耦合窗口上；其中，连接层的远离贴片的一面与波导连接，贴片用于与微带线连接，以使波导与微带线通过贴片进行能量的耦合。由于本申请采用贴片的方式实现能量的耦合，因此其结构相对简单，成本较低。并且，由于金属板上设置有凹槽，因此在进行能量耦合时，凹槽能够将能量反射回贴片，进而实现能量的二次耦合，满足波导转微带线的需求。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本申请实施例提供的传输线转换结构的一种爆炸图。

图2为本申请实施例提供的传输线转换结构的一种剖面图。

图3为本申请实施例提供的传输线转换结构的一种结构示意图。

图4为本申请实施例提供的传输线转换结构的另一种结构示意图。

图5为本申请实施例提供的连接层的俯视图。

图6为本申请实施例提供的金属板的结构示意图。

图中：110-连接层；120-贴片；130-金属板；140-耦合窗口；150-金属通孔；111-第一金属层；112-介质层；113-第二金属层；200-波导；300-微带线；131-凹槽。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

正如背景技术中所述，在毫米波单片集成电路和混合电路的检测以及波导与平面电路的连接中，波导到微带线的转换结构非常关键。

然而，早期对于波导到同轴线的转换利用格林函数以及正弦电流分布来计算其输入阻抗，而波导到微带转换的分析也采用与其相似的分析方法，这种分析方法忽略了介质层的影响。随着频率的不断升高，介质层的影响变得越来越显著，特别是在毫米波段，如果仍采用上述分析方法，势必带来较大误差。

因此，目前工程上常用的波导转微带线过渡结构主要有：

（1）阶梯脊波导过渡：阶梯脊波导过渡是一种简单而又有良好过渡特性的结构，但需要准确的机械加工条件，导致集成电路屏蔽外壳成本过高，特别对毫米波频段更是如此。

（2）对脊鳍线过渡：对脊鳍线过渡的波导出口方向与电路平行，使得电路更加简洁和紧凑，但是由于结构的关系，在过渡频带内往往会有谐振频率产生，影响过渡性能。且鳍线形式的过渡结构的插入损耗较大，不适合用在指标严格的电路中。

（3）耦合探针过渡：耦合探针过渡波导一端短路，然后在距离短路端口λ/4的位置插入金属较为容易实现阻抗的宽带匹配，但由于微带线与波导为垂直结构，且需要在金属波导上开口，加大了制造难度，波导出口方向与电路平行，使其不满足很多系统结构的要求。

综上，现有技术中波导与微带线的转换结构存在结构复杂、成本高的问题。

有鉴于此，本申请提供了一种传输线转换结构与天线驻波测试系统，以改善上述问题。

下面对本申请提供的传输线转换结构进行示例性说明：

请参阅图1-图6，作为一种可选的实现方式，该传输线转换结构包括连接层110、金属板130以及贴片120，连接层上设置有与波导200形状相同的耦合窗口140，金属板130上设置有与耦合窗口140形状相同的凹槽131，贴片120置于耦合窗口140内，金属板130与连接层相连，且凹槽131盖设于耦合窗口140上；其中，连接层的远离贴片120的一面与波导200连接，贴片120用于与微带线300连接，以使波导200与微带线300通过贴片120进行能量的耦合。

通过本申请提供的传输线转换结构，能够利用贴片120的方式实现能量的耦合，进而实现波导200与微带线300的转换，其结构更加简单，成本更低。

作为一种实现方式，连接层包括第一金属层111、介质层112以及第二金属层113，第一金属层111、介质层112以及第二金属层113逐层连接，第一金属层111与第二金属层113在对应的位置均设置有耦合窗口140，即第一金属层111与第二金属层113上的耦合窗口140在正投影方向重合。

并且，贴片120置于第一金属层111的耦合窗口140内，且贴片120与第一金属层111位于同一平面，第二金属层113的耦合窗口140与波导200连接。其中，贴片120的尺寸小于耦合窗口140的尺寸，因此当贴片120置于第一金属层111的耦合窗口140内时，贴片120与第一金属层111并不接触。

需要说明的是，由于波导200包括矩形波导200、圆形波导200等，因此当采用不同形状的波导200时，其耦合窗口140的形状也并不相同。例如，当采用矩形波导200时，耦合窗口140的形状为矩形；而当使用圆形波导200时，耦合窗口140的形状为圆形。由于标准波导200口为矩形，因此本申请以矩形波导200为例进行说明。

当波导200为矩形波导200时，耦合窗口140对应的设置为矩形。可选地，耦合窗口140包括矩形窗口与连接沟道，矩形窗口四角均设置为圆角，且当微带线300与贴片120连接时，微带线300穿过该连接通道，且微带线300与第一金属层111并不接触。同时，金属板130的凹槽131也包括矩形的凹槽131与沟槽，是的微带线300与金属板130也并不接触。

在一种可能的实现方式中，第一金属层111可以为矩形结构，且第一金属层111的面积小于介质层112。

需要说明的是，微带线300是准TEM模式的传输线，其特性阻抗为50Ω。矩形波导200是截面形状为矩形的金属波导，其传输主模为TE10模。波导200的特性阻抗为

作为一种实现方式，为了使该传输线转换结构的耦合效果更好，金属板130上凹槽131的深度为λ

通过上述实现方式，可利用该凹槽131在λ

并且，通过调节在耦合窗口140内的贴片120尺寸以及耦合窗口140的大小，可以调节所需要的匹配和带宽。其中，为了方便加工，波导200使用标准的矩形波导，其尺寸也为标准尺寸，在此基础上，耦合窗口140的尺寸也与矩形波导的尺寸相同。此外，贴片120的形状也为矩形，并且，本申请中使用的微带线300为特性阻抗为50Ω、线宽为0.3mm的微带线300。需要说明的是，耦合窗口140的尺寸指的是耦合窗口140内壁的尺寸，进而能够实现在将波导200与耦合窗口140进行连接时的匹配。

通过设置上述尺寸，一方面，能够更加方便的进行加工，另一方面，还能够利于准确耦合。

进一步地，为了对高次模进行抑制，以更好的实现能量耦合。本申请提供的传输线转换结构还包括多个金属通孔150，每个金属通孔150均贯穿第一金属层111、介质层112以及第二金属层113，以使第一金属层111与第二金属层113通过金属通孔150连接，且金属通孔150接地。同时，该多个金属通孔150环绕于耦合窗口140外。

其中，本申请所述的金属通孔150，可以为在第一金属层111、介质层112以及第二金属层113进行转孔后，执行金属化过孔的工艺进而实现第一金属层111与第二金属层113的连接。

通过设置接地的金属孔，可以使消除非TEM传播模式的影响，实现高次模的抑制。

可以理解的，本申请提供的传输线转换结构至少具有以下有益效果：

1、该传输线转换结构只通过耦合的方式实现，根据仿真结果显示，其传输损耗小，回波损耗高。且带宽可根据需求调节，带宽宽，覆盖频段范围广。

2、该传输线转换结构的腔体结构简单，不存在脊型结构与阶梯结构等复杂结构，且不需要在波导上面开口，无探针结构，便于加工且加工成本很低，加工成品率高。

3、该传输线转换结构尺寸小，耦合实现方式简单，利于集成应用，实用性高，且外形结构工整，可根据需求确定安装点，装卸方便。在测试实验与系统中，直接可以与标准接口对接，使用方便。

不仅如此，由于在车载通信系统中，天线需要具有小尺寸，重量轻，易安装，高性能等特性。因此平面印刷天线逐渐成为了车载雷达系统中的主流形式。目前汽车雷达的主要工作频段为24GHz，35GHz，77GHz，且由于追求小型化，越来越多的车载雷达天线设计在77GHz频段。在77GHz频段的应用目前多集中在76GHz-77GHz，常使用的天线形式多为微带贴片天线，用于实现汽车雷达中的测距、防撞与目标检测功能，且未来车载雷达天线对于宽频带也有了一定的要求，通常需要完全覆盖77GHz-81GHz频段范围。天线尺寸越来越小，对常用的天线测试设备与系统提出了更高的需求。

因此，在上述实现方式的基础上，本申请实施例还提供了一种天线驻波测试系统，该天线驻波测试系统包括矢量网络分析仪、扩频组件、波导200、待测天线以及上述的传输线转换结构，待测天线与传输线转换结构的贴片120连接，矢量网络分析仪分别与扩频组件、传输线转换结构连接，扩频组件与波导200连接，波导200还与传输线转换结构连接。

其中，低频段的矢量网络分析仪通过扩频组件能够实现频率扩展，再连接待测天线。并且，待测天线通过微带线300与贴片120连接。

综上所述，本申请提供了一种传输线转换结构与天线驻波测试系统，该传输线转换结构包括连接层、金属板以及贴片，连接层上设置有与波导形状相同的耦合窗口，金属板上设置有与耦合窗口形状相同的凹槽，贴片置于耦合窗口内，金属板与连接层相连，且凹槽盖设于耦合窗口上；其中，连接层的远离贴片的一面与波导连接，贴片用于与微带线连接，以使波导与微带线通过贴片进行能量的耦合。由于本申请采用贴片的方式实现能量的耦合，因此其结构相对简单，成本较低。并且，由于金属板上设置有凹槽，因此在进行能量耦合时，凹槽能够将能量反射回贴片，进而实现能量的二次耦合，满足波导转微带线的需求。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。