一种波导同轴转换器的制作方法

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1.本实用新型属于信号传输技术领域，尤其涉及一种波导同轴转换器。

背景技术：

2.在射频微波领域的信号传输，除了无线信号的传输不需要传输线以外，大部分场景还是需要用传输线来进行信号传导的，其中同轴线和波导管广泛用来传输微波射频能量。为了能用于各种场合，这两种传输线有时要互相连接，这就需要一个同轴波导转换器，波导同轴转换器将进入波导端口的信号转换为同轴端口检测出来，或将进入同轴端口的信号转换为波导端口检测出来。
3.同轴波导转换器是各种雷达系统、精密制导系统以及测试设备中不可缺少的无源转换器件，其具有频带宽、插损低、驻波小等特点。同轴线和波导各自传输时带宽比较宽，相连后带宽取决于转换器，也就是取决于同轴波导特性阻抗的匹配。
4.如图1-2所示，传统波导同轴转换器在波导腔体1内设置矩形阶梯台阶4，这种形式阶梯易加工，仿真也可以达到一般要求，但是如图3所示，图中2号点、3号点所在曲线表示波导转换器的插入损耗，插入损耗越接近于0表示损失越少，匹配更好，矩形阶梯台阶的波导同轴转换器的插入损耗在工作频率为5.5-6ghz时插入损耗较高，1号点、4号点和5号点所在曲线表示波导转换器的驻波比曲线，矩形阶梯台阶的波导同轴转换器的驻波比较大，表示矩形阶梯台阶的形式匹配并不充分，而且主杆面与阶梯耦合分散，也不容易调试，对于高要求的产品实现会较困难。

技术实现要素：

5.本实用新型的技术目的在于提供一种波导同轴转换器，旨在使转换器匹配充分，主杆与台阶同心耦合集中，方便调试，满足高要求仿真要求。
6.为解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的，一种波导同轴转换器，包括：波导腔体和连接杆，所述波导腔体内设有阶梯结构，所述连接杆包括相连接的杆体和探针，所述探针与所述阶梯结构相对设置，其特征在于，所述阶梯结构每级阶梯的侧面轮廓为弧形或多边形，多边形的边数大于等于6。
7.多边形最优选正多边形。
8.进一步地，所述探针为圆柱形，所述阶梯结构的每级阶梯的轮廓为圆柱形或半圆柱形。
9.进一步地，所述探针与所述阶梯结构的最高阶梯同轴设置。
10.进一步地，为了使匹配更加充分，所述阶梯结构的所有阶梯同轴设置。
11.进一步地，所述阶梯结构包括由下至上依次设置且直径逐渐减小的第一阶梯、第二阶梯和第三阶梯。
12.进一步地，所述第一阶梯的侧面轮廓由一个弧形面和一个直面组合而成，所述弧形面对应的圆心角为220-280
°
，所述直面为阶梯波导短路面。这种半圆柱结构既可以保证
台阶结构的一侧形成阶梯波导短路面，又保证阶梯结构的每级台阶轮廓都是圆形曲面。第二阶梯和第三阶梯均为圆柱形。
13.进一步地，所述第一阶梯弧形面对应的角度为254
°
。
14.进一步地，所述第一阶梯的直径小于所述探针的直径，所述第二阶梯的直径大于所述探针的直径。
15.进一步地，所述第一阶梯的高度大于所述第二阶梯的高度。
16.进一步地，所述第二阶梯的高度小于所述第三阶梯的高度，且所述第一阶梯的高度小于所述第三阶梯的高度。
17.本实用新型中波导同轴转换器与现有技术相比，有益效果在于：
18.本技术人发现当阶梯结构每级阶梯的侧面轮廓为弧形或边数大于等于6的多边形时，探针与阶梯结构的轮廓是相同或基本相同的，其能够实现更好匹配，调试更加容易，仿真设计时更容易达到更高要求的结果，设计难度高的产品时更为方便。
19.尤其是在探针与阶梯结构均为圆形且同心时，耦合更加集中，传输效率更高。
附图说明
20.图1是现有波导同轴转换器的示意图；
21.图2是现有波导同轴转换器的剖视图；
22.图3是现有波导同轴转换器的仿真曲线图；
23.图4是本实用新型实施例1中波导同轴转换器的整体结构示意图；
24.图5是本实用新型实施例1中波导同轴转换器的截面图；
25.图6是本实用新型实施例1中波导同轴转换器的仿真曲线图；
26.图7是本实用新型实施例2中波导同轴转换器的整体结构示意图；
27.图8是本实用新型实施例3中波导同轴转换器的整体结构示意图；
28.在附图中，各附图标记表示：
29.1、波导腔体 2、连接杆 3、阶梯结构 4、矩形阶梯台阶；
30.101、波导端口 102、同轴端口 201、杆体 202、探针 301、第一阶梯 302、第二阶梯 303、第三阶梯 304、阶梯波导短路面。
具体实施方式
31.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制，基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
32.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语
″
中心
″
、
″
纵向
″
、
″
横向
″
、
″
长度
″
、
″
宽度
″
、
″
厚度
″
、
″
上
″
、
″
下
″
、
″
前
″
、
″
后
″
、
″
左
″
、
″
右
″
、
″
竖直
″
、
″
水平
″
、
″
顶
″
、
″
底
″″
内
″
、
″
外
″
、
″
顺时针
″
、
″
逆时针
″″
轴向
″
、
″
周向
″
、
″
径向
″
等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限
制。
33.此外，术语
″
第一
″
、
″
第二
″
仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有
″
第一
″
、
″
第二
″
的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，
″
多个
″
的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
34.实施例1：
35.参见图4-5，在本实施例中，波导同轴转换器包括：波导腔体1和连接杆2，波导腔体1内设有阶梯结构3，波导腔体1的一端为波导端口101，另一端为阶梯波导短路面304，连接杆2包括杆体201和探针202，探针202设置在波导腔体1内，连接杆2的下端连接探针202，上端连接同轴端口102，探针202与阶梯结构3相对设置，阶梯结构3每级阶梯的侧轮廓为弧形。
36.波导腔体1通常是由一个上壳体和一个下壳体对接组成，本实施例图中未示出上壳体和下壳体，在上壳体下侧设置一个上腔体，在下壳体上侧设置一个下腔体，上腔体与下腔体共同组成波导腔体1，而阶梯结构3则设置在下壳体的上侧面上。应当指出的是利用上壳体和下壳体组合构成波导腔体1主要是为了加工方便，但这并非是形成波导腔体1的唯一方式。
37.在本实施例中，杆体201和探针202均为圆柱形，探针202直径大于杆体201的直径，阶梯结构3包括由下至上依次设置的第一阶梯301、第二阶梯302和第三阶梯303，第一阶梯301、第二阶梯302和第三阶梯303的直径逐渐减小从而形成阶梯，探针202设置在第三阶梯303的上方。为了配合圆柱形的探针202，第二阶梯302和第三阶梯303都是完整的圆柱形结构，而第一阶梯301并非是一个完整的圆柱形，因为其端面需要形成一个阶梯波导短路面304，所以第一阶梯301为半圆柱形结构。
38.探针202与第三阶梯303同轴设置，且第一阶梯301、第二阶梯302和第三阶梯303均同轴设置，在此情况下，匹配最充分，耦合更加集中，传输效率最高。
39.在本实施例中，第一阶梯301的侧面轮廓由一个弧形面和一个直面组合构成，弧形面对应的圆心角为220-280
°
，第一阶梯301的直面为阶梯波导短路面304。作为最佳的方案，本实施例中第一阶梯301弧形面对应的角度为254
°
。
40.在进一步的仿真过程中发现，第一阶梯301、第二阶梯302和第三阶梯303的高度和直径大小还需要进一步的优化，以获得更好匹配和更高传输效率。在本实施例中，第一阶梯301的直径小于探针202的直径，第二阶梯302的直径大于探针202的直径，并且第一阶梯301的高度大于第二阶梯302的高度。第二阶梯302的高度小于第三阶梯303的高度，且第一阶梯301的高度小于第三阶梯303的高度。
41.具体第一阶梯301、第二阶梯302和第三阶梯303的高度和直径尺寸需要依据具体需要进行调整，这些数据都是通过仿真所得到的。
42.本技术人发现当探针202与阶梯结构3的轮廓相同或基本相同时，能够实现更好匹配，调试更加容易，仿真设计时更容易达到更高要求的结果，设计难度高的产品时更为方便。
43.参见图6，本实施例中波导同轴转换器的仿真是在与图1-2所示矩形台阶结构的波导同轴转换器相同条件下进行仿真所得到的数据。在使用新结构的波导同轴转换器1号点、2号点所在波导转换器的插入损耗曲线显示，插入损耗非常接近于0，说明本实施例的波导
同轴转换器损失更少，匹配更好。
44.3号点、4号点和5号点所在驻波比曲线显示，本实施例的波导同轴转换器的驻波比更小，表示匹配更加充分，而且主杆面与阶梯耦合集中，更容易调试，传输效率更高。本技术所使用的与探针202同轴阶梯结构3的波导同轴转换器仿真设计时更容易达到更高要求的结果，设计难度高的产品时更为方便。
45.本技术所涉及的圆形阶梯结构3相对于以往的矩形阶梯结构3，加工也并不是很复杂，但是其带来了更加充分的匹配效果和更高的传输效率。
46.实施例2：
47.参见图7，在本实施例中，波导同轴转换器的阶梯结构3同样包括由下至上依次设置的第一阶梯301、第二阶梯302和第三阶梯303，连接杆2的探针202为圆柱形结构，第一阶梯301、第二阶梯302和第三阶梯303虽然也都与探针202同轴设置，但是第一阶梯301、第二阶梯302和第三阶梯303都不是完整的圆柱结构，而是具有相同圆心角的扇形体，第一阶梯301、第二阶梯302和第三阶梯303的一侧为同平面的直面，该直面即为阶梯波导短路面304。
48.本实施例的波导同轴转换器虽然将第二阶梯302和第三阶梯303也设计为了扇形阶梯，但是其相比于现有矩形台阶结构的转换器，同样具有匹配更加充分、耦合更加集中、传输效率更高的优点。
49.需要指出的是，虽然第一阶梯301、第二阶梯302和第三阶梯303为同轴扇形体，但是可以与探针202设计为非同轴布置，经过仿真同样比矩形台阶结构匹配更充分，当然其相对于探针202与阶梯结构3同轴的结构设置，匹配会略差一些。
50.实施例3
51.参见图8，在本实施例中，波导同轴转换器的连接杆2的探针202为六边形结构，阶梯结构3同样包括由下至上依次设置的第一阶梯301、第二阶梯302和第三阶梯303，第一阶梯301、第二阶梯302和第三阶梯303是与探针202相同的正六边形结构。利用探针202与阶梯结构3具有相同的轮廓，能够达到具有匹配更加充分、耦合更加集中、传输效率更高的优点，当然其相对于探针202与阶梯结构3同轴的结构设置，匹配会略差一些。
52.在其他实施例中，探针202为圆柱形，而第一阶梯301、第二阶梯302和第三阶梯303则可以设置为等边多边形，当然等边多边形的边数越多，匹配会越充分。
53.在其他实施例中，阶梯结构3还可以包括更多层阶梯，阶梯结构3的层数并非是越多越好，具体阶梯的层数同样是依据仿真结果来确定的。
54.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种波导同轴转换器，包括波导腔体和连接杆，所述波导腔体内设有阶梯结构，所述连接杆包括相连接的杆体和探针，所述探针与所述阶梯结构相对设置，其特征在于，所述阶梯结构每级阶梯的侧面轮廓为弧形或多边形，多边形的边数大于等于6。2.根据权利要求1所述的波导同轴转换器，其特征在于，所述探针为圆柱形，所述阶梯结构的每级阶梯的轮廓为圆柱形或半圆柱形。3.根据权利要求1或2所述的波导同轴转换器，其特征在于，所述探针与所述阶梯结构的最高阶梯同轴设置。4.根据权利要求3所述的波导同轴转换器，其特征在于，所述阶梯结构的所有阶梯同轴设置。5.根据权利要求1或2所述的波导同轴转换器，其特征在于，所述阶梯结构包括由下至上依次设置且直径逐渐减小的第一阶梯、第二阶梯和第三阶梯。6.根据权利要求5所述的波导同轴转换器，其特征在于，所述第一阶梯的侧面轮廓由一个弧形面和一个直面组合而成，所述弧形面对应的圆心角为220-280
°
，所述直面为阶梯波导短路面。7.根据权利要求6所述的波导同轴转换器，其特征在于，所述第一阶梯弧形面对应的圆心角为254
°
。8.根据权利要求5所述的波导同轴转换器，其特征在于，所述第一阶梯的直径小于所述探针的直径，所述第二阶梯的直径大于所述探针的直径。9.根据权利要求5所述的波导同轴转换器，其特征在于，所述第一阶梯的高度大于所述第二阶梯的高度。10.根据权利要求9所述的波导同轴转换器，其特征在于，所述第二阶梯的高度小于所述第三阶梯的高度，且所述第一阶梯的高度小于所述第三阶梯的高度。

技术总结

本实用新型提供了一种波导同轴转换器，包括：波导腔体和连接杆，所述波导腔体内设有阶梯结构，所述连接杆包括相连接的杆体和探针，所述探针与所述阶梯结构相对设置，其特征在于，所述阶梯结构每级阶梯的侧面轮廓为弧形或多边形，多边形的边数大于等于6。本申请人发现阶梯结构每级阶梯的侧面轮廓为弧形或多边形时，探针与阶梯结构的轮廓是相同或基本相同的，相对于矩形阶梯机构，本实用新型能够实现更好匹配，调试更加容易，仿真设计时更容易达到更高要求的结果，设计难度高的产品时更为方便。尤其是在探针与阶梯结构均为圆形且同心时，耦合更加集中，传输效率更高。传输效率更高。传输效率更高。