宽带波导集成激励装置和激励方法

本申请涉及微波毫米波太赫兹电磁互连技术与集成封装，具体涉及一种宽带波导集成激励装置和激励方法

背景技术：

1、随着微波毫米波与太赫兹系统向高频段、宽带化、小型化和高密度集成方向发展，平面传输线与金属波导之间的高性能互连成为高频前端的关键技术之一。微带线、接地共面波导、带状线等平面传输线结构紧凑、易于与有源芯片及平面电路集成；金属波导则具有传输损耗低、功率容量高、屏蔽性能好且接口标准化成熟的优势。工程中通常需要在二者之间实现准tem模式与波导te10等主模的高效转换，以完成电路模块与波导系统的信号互连。

2、现有平面传输线-波导过渡结构包括e面探针、h面探针、缝隙耦合、多级阻抗变换、寄生贴片补偿等多种形式，其中微带探针式过渡因体积小、易集成且可通过波导短路面调节匹配特性，在毫米波与太赫兹频段应用广泛。传统探针式过渡依靠伸入波导腔体的探针实现模式耦合，通过调整探针尺寸与背短路距离实现阻抗匹配。

3、但随着工作频率提升至毫米波高频段乃至太赫兹频段，波导尺寸与结构参数进入亚毫米、微米量级，波导开口处电磁边界突变、探针根部寄生参数、介质边缘场分布以及结构不连续等问题愈发突出，会恶化带内反射与传输性能，现有技术多通过增设多级阻抗变换段、引入寄生贴片或采用复杂多层结构拓展带宽，在兼顾结构紧凑性的前提下实现各波导频段匹配方面还有待提升。

技术实现思路

1、本申请提供了一种宽带波导集成激励装置和激励方法，通过在传输线与波导的转接区域设置短路枝节，构建并联补偿支路及电磁匹配结构，实现激励结构紧凑的前提下，有效拓展工作带宽，改善转接区域的宽频带阻抗匹配与模式转换稳定性。

2、本申请第一方面提供了一种宽带波导集成激励装置，包括波导、短路枝节、介质基板和传输线信号导体，其中，波导的一端封闭形成短路端面，在靠近短路端面的波导的一侧设有安装开口；介质基板的一端经安装开口插入波导的内部腔体，另一端延伸至波导外；传输线信号导体布设于介质基板上，传输线信号导体伸入波导内部的一端延伸形成探针，探针悬置于波导的内部腔体中，用于将传输线中的电磁信号耦合至波导中，实现传输线与波导之间的电磁信号过渡传输；传输线与波导相衔接的转接区域设置有短路枝节，短路枝节的一端与传输线信号导体电连接，另一端与波导的金属壁电连接，以在转接区域形成并联补偿支路及电磁匹配结构。

3、在本实施例中，短路枝节为块状金属结构；短路枝节的底部凸起形成接触凸台，接触凸台与传输线信号导体电连接。

4、在本实施例中，短路枝节的数量为两个，两个短路枝节分设于传输线的两侧，并沿信号传输方向齐平布置或错位布置；其中，各短路枝节中为接触凸台的一端分别与传输线信号导体电连接，另一端分别与波导的金属壁电连接。

5、在本实施例中，传输线在转接区域还形成有阻抗变换段，阻抗变换段位于短路枝节的一侧或两侧，阻抗变换段的线宽沿信号传输方向呈阶梯式变化或连续渐变。

6、在本实施例中，传输线信号导体、介质基板和短路枝节可相对于波导整体旋转180°设置。

7、在本实施例中，波导包括矩形波导和圆形波导。

8、在本实施例中，短路枝节包括金属块、金属桥、金属台阶、键合线、导电凸台和弹性金属触点。

9、本申请第二方面提供了一种宽带波导集成激励方法，应用于上述任一项的宽带波导集成激励装置，包括以下步骤：步骤s1：将电磁信号导入传输线中，使电磁信号以准tem模式沿传输线向波导一侧定向传输；步骤s2：当电磁信号传输至传输线与波导相衔接的转接区域时，在转接区域设置短路枝节以构建补偿支路，实现转接区域的阻抗匹配；步骤s3：经阻抗匹配后的电磁信号经传输线信号导体端部延伸形成的探针耦合至波导的腔体中，将传输线中的准tem模式的电磁信号转换为波导te10波导传导模式。

10、在本实施例中，在转接区域设置短路枝节以构建补偿支路，包括：将短路枝节布置于转接区域，且邻近探针根部设置；使短路枝节的一端与传输线信号导体形成电连接，另一端与波导的金属壁形成电连接，构建传输线与波导之间的补偿支路。

11、在本实施例中，上述方法还包括，根据宽带波导集成激励装置的目标工作频段，联合调整短路枝节的高度、厚度、连接面积、相对于探针的位置以及与探针的间距，以调节短路枝节在目标工作频段内的等效输入电抗，提升所述转接区域的阻抗匹配带宽。

12、与现有技术相比，本申请提供的宽带波导集成激励装置和激励方法具有以下技术效果：

13、（1）申请在传输线与波导转接区增设短路枝节作为并联补偿支路，可抵消探针根部、波导开口带来的寄生电抗，即可覆盖wr7、wr4、wr2.8等各类矩形波导或圆波导全工作频段，大幅拓宽低反射工作带宽。

14、（2）本申请的短路枝节一端连接传输线信号导体、一端连通波导金属壁，在探针根部构建连续高频低阻抗回流通道，解决传统结构转接区域接地回流路径不连续、电磁边界突变严重的问题，减弱局部场集中与寄生储能，提升准tem模向te10主模转换的稳定性与能量耦合效率，降低传输损耗。同时该短路枝节作为并联加载支路，能够部分补偿探针及波导开口引入的等效电抗，并形成附加匹配谐振。

15、（3）本申请整体拓扑固定不变，仅需对探针、短路枝节尺寸做尺度化调整，即可适配微波、毫米波乃至太赫兹不同标准波导；兼容微带线、接地共面波导、带状线等多种平面传输线，短路枝节可采用金属块、键合线、导电凸台等多种形式实现，加工装配难度低。

16、（4）本申请整体集成度高、体积小巧，可直接用于高频测试夹具、雷达与通信前端收发组件、芯片波导封装接口、太赫兹混合集成系统等设备，兼顾小型化与高频高性能互连需求。

1.一种宽带波导集成激励装置，其特征在于，包括波导、短路枝节、介质基板和传输线信号导体，

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述短路枝节为块状金属结构；所述短路枝节朝向所述介质基板的一端凸起形成接触凸台，所述接触凸台与所述传输线信号导体电连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述短路枝节的数量为两个，两个短路枝节分设于所述传输线的两侧，并沿信号传输方向齐平布置或错位布置；

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传输线在所述转接区域还形成有阻抗变换段，所述阻抗变换段位于所述短路枝节的一侧或两侧，所述阻抗变换段的线宽沿信号传输方向呈阶梯式变化或连续渐变。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传输线信号导体、介质基板和短路枝节可相对于波导整体旋转180°设置。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述波导包括矩形波导和圆形波导。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述短路枝节为金属块、金属桥、金属台阶、键合线、键合带、导电凸台或弹性金属触点中的一种或多种。

8.一种宽带波导集成激励方法，应用于权利要求1~7任一项所述的宽带波导集成激励装置，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述转接区域设置短路枝节以构建补偿支路，包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，根据所述宽带波导集成激励装置的目标工作频段，联合调整所述短路枝节的高度、厚度、连接面积、相对于所述探针的位置以及与所述探针的间距，以调节所述短路枝节在目标工作频段内的等效输入电抗，提升所述转接区域的阻抗匹配带宽。