本发明属于电磁场与微波，具体涉及一种具有带通滤波功能的毫米波波导-微带过渡结构及其设计方法。
背景技术：
1、在毫米波通信和雷达系统中，传输线过渡结构用于实现不同传输线之间的信号转换和传输。波导作为毫米波频段重要的传输媒介，具有传输损耗低和功率容量大特点，因此在毫米波和太赫兹频段得到广泛应用。
2、然而，现存的固态器件都是以平面传输线进行集成和连接的，这就需要在三维结构的波导传输线与平面传输线间进行高效转换，以保证系统有效工作。此外，任何系统均工作在一定频带范围，对带外信号/干扰的有效抑制也是保证系统高性能的重要环节。现有解决方案是通过不同传输线间的转换，并通过滤波网络以消除带外干扰，但这种方案使系统结构变得复杂，也在系统小型化、高效集成方面带来挑战。
3、因此，为实现不同传输线间的转换以及对系统带外干扰的有效抑制，需要一种创新的实现方案，在不同传输线间实现有选择性的高效信号传输，以满足毫米波通信和雷达系统日益严苛的发展需求。
技术实现思路
1、本发明旨在克服现有技术不足，提出一种具有带通滤波器功能的毫米波波导-微带转换结构，以实现高效传输特定频段信号，并抑制频带外的干扰信号。
2、本发明这样实现的，一种波导-微带过渡结构，用于实现波导与微带传输线之间的能量转换，该结构包括：一段标准的波导腔用于承载波导模式的微波信号；一段微带传输线用于承载微带模式的微波信号；一个实施过渡的腔体，该腔体具有终端为金属壁、并且拐角结构进行圆滑处理的波导短路支节，用于实现波导模式到微带模式的能量高效转换；以及一个实施过渡的微带结构，该微带结构由底面金属层、顶面金属导带和位于两者之间的介质基板组成，用于在微带传输线中传输微波信号。
3、其中，实施过渡的腔体进一步包括：一个截面为t型的过渡结构以及一个半圆柱型过渡结构，这两种结构共同工作以平滑地实现从波导模式到微带模式的微波能量转换，并减少能量的损失。
4、其中，实施过渡的微带结构进一步包括：在微带线两侧靠近探针端对称加载的包含短路金属过孔的十字形金属贴片，这些金属贴片用于优化微带传输线中的微波信号传输，通过调整金属贴片的尺寸和位置来实现对过渡结构性能的精细调节。
5、其中，实施过渡的腔体和微带结构的设计和配置旨在共同实现高效、低损耗的波导到微带的能量转换，适用于高频通信系统、雷达系统和微波测试设备中，以提高系统的通信效率和信号的传输质量。
6、进一步的，微带传输线的特性阻抗为50欧，波导传输线为wr6标准波导，采用探针方式将金属导带伸进波导中。
7、进一步的，在微带线两侧靠近探针端对称加载包含带短路过孔的十字形金属贴片，实现滤波器传输零点，十字形金属贴片尺寸越大，传输零点频率越低。
8、此外，本发明还提供了一种微带线调谐方法，该方法包括：
9、根据带通滤波器的中心频率和带宽确定十字型金属贴片和短路通孔位置、通孔数及其大小。调整金属贴片的位置和数量以调整带通滤波器的工作频段。
10、本发明还提供了一种上述波导-微带过渡结构的设计方法，具体过程为：
11、第一步、波导及介质基板选型：依据技术指标，包括工作中心频率、工作带宽、带外抑制、带内回波损耗等，确定波导和介质基板规格；
12、第二步、过渡段腔体的设计：在第一步基础上，调节圆滑处的波导短路支节(理论上为四分之一中心频率波长)和半圆柱型过渡结构的半径以及截面为t型的过渡结构的长宽参数等；
13、第三步、过渡段微带结构的设计：通过加载微带结构，并结合前述腔体结构，降低电磁波传输损耗，同时，抑制工作频带外的电磁能量传输，即具有频率选择特性；
14、第四步、整体电路优化设计：将过渡腔体和过渡微带结构利用全波仿真进行整体优化布局与优化设计；
15、第五步、实物制作与调试：将第四步的设计结果进行实物实现，组装为整机后联机调试。
16、进一步的，第一步中，技术指标为：工作中心频率为130ghz、带宽为20ghz、带内回波≤-15db；介质基板选择采用厚度为0.127mm介电常数为3.78的石英基板；
17、进一步的，第三步中过渡的微带结构包含十字形金属贴片结构，以此增加传输零点，进行频段带外抑制。
18、本发明具有以下效果：
19、第一，本过渡结构插入损耗低，利于提高转换效率；相比于矩形贴片，采用十字型金属贴片，产生两个传输零点，有效改善带外抑制；相较于传统常规结构，本发明将过渡与滤波进行高效融合与集成，有效提高系统集成度、结构紧凑，利于小型化。并且通过优化金属贴片位置、数量和大小，实现不同频段范围内的信号传输和带外干扰的抑制。
20、第二，该波导-微带过渡结构相较于现有技术展示了多项显著的技术进步：
21、1)高效能量转换：通过精巧设计的实施过渡的腔体，包括截面为t型的过渡结构和半圆柱型过渡结构，该结构优化了从波导模式到微带模式的微波能量转换过程。这种设计显著提高了能量转换的效率，减少了能量在转换过程中的损耗，使得整个系统在高频信号传输方面更为高效和可靠。
22、2)信号传输的优化：实施过渡的微带结构中引入的对称加载的包含短路金属过孔的十字形金属贴片，通过对微带线两侧的精细调节，显著改善了微波信号在微带传输线中的传输质量。这种设计优化了信号的稳定性和传输效率，对于提高系统的通信质量和减少干扰具有重要作用。
23、3)结构设计的创新：该波导-微带过渡结构通过综合利用截面为t型和半圆柱型的过渡结构，以及十字形金属贴片等创新设计，实现了波导和微带之间的顺畅过渡。这种创新的结构设计不仅实现了高效的能量转换，也为微波信号的稳定传输提供了有力保障，展现了在微波和射频领域的技术创新能力。
24、4)应用范围的拓展：得益于上述技术进步，该波导-微带过渡结构可广泛应用于高频通信系统、雷达系统、微波测试设备等高要求的技术领域。其提供的高效能量转换和优化信号传输方案，为复杂通信系统的设计和优化提供了新的解决方案，显著拓展了应用范围和实用性。
25、总之，该波导-微带过渡结构的开发体现了在微波信号处理和传输技术方面的显著技术进步，为高频通信技术的发展和应用提供了重要的技术支撑。
1.一种波导-微带过渡结构，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的波导-微带过渡结构，其特征在于，实施过渡的腔体进一步包括：一个截面为t型的过渡结构以及一个半圆柱型过渡结构，这两种结构共同工作以平滑地实现从波导模式到微带模式的微波能量转换，并减少能量的损失。
3.根据权利要求1所述的波导-微带过渡结构，其特征在于，实施过渡的微带结构进一步包括：在微带线两侧靠近探针端对称加载的包含短路金属过孔的十字形金属贴片，这些金属贴片用于优化微带传输线中的微波信号传输，通过调整金属贴片的尺寸和位置来实现对过渡结构性能的精细调节。
4.根据权利要求1所述的波导-微带过渡结构，其特征在于，实施过渡的腔体和微带结构的设计和配置旨在共同实现高效、低损耗的波导到微带的能量转换，适用于高频通信系统、雷达系统和微波测试设备中，以提高系统的通信效率和信号的传输质量。
5.根据权利要求1所述的实施过渡的腔体，其特征在于，包括：终端为金属壁、拐角结构做圆滑处理的波导短路支节，截面为t型的过渡结构，以及半圆柱型过渡结构。
6.根据权利要求1所述的实施过渡的微带结构，其特征在于，底面为金属层，顶面为金属导带，以及位于底面和顶面之间的介质基板。
7.一种具有带通滤波功能的毫米波波导-微带过渡结构的设计方法，其特征在于，用于设计权利要求1所述过渡结构，具体过程为：
8.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，第一步中，技术指标为：工作中心频率为130ghz、带宽为20ghz、带内回波≤-15db；介质基板选择采用厚度为0.127mm介电常数为3.78的石英基板；
9.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，在拐角处采用半径为r2＝0.3mm的圆柱体进行光滑处理，中心工作频率为130ghz。微带探针置于wr6波导短路端四分之一波长位置，并包含截面为t型的过渡结构，其中底边宽w1＝1mm，上边宽w2＝0.5mm，两层高度分别为h1＝0.36mm，h2＝0.14mm，长度l1＝0.8mm；此外，还包括半圆柱型过渡结构，其高度h3＝1.327mm，半径r1＝0.5mm；波导过渡腔体结构相对平滑，t型和半圆柱空气腔使得过渡平滑，能有效克服过渡转换中的杂散和高次模，降低插入损耗。
10.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，传输线采用介电常数为3.78的石英基板，厚度为0.127mm，对应的50欧微带线线宽wt1＝0.22mm；在探针端，利用宽为wt2＝0.19mm，长为lg1＝0.16mm的导带进行阻抗变换，探针末端仍为线宽wt1的传输线，长度为lt1＝0.65mm；在靠近探针端，两侧对称位置(d1＝0.15mm)处加载带短路过孔的十字形金属贴片，贴片中心对称，参数包括wpl1＝0.2mm,wpl2＝0.1mm,lpl1＝0.42mm,lpl2＝0.32mm,wpr1＝0.2mm,wpr2＝0.1mm,lpr1＝0.52mm,lpr2＝0.42mm，以及d0＝0.1mm。该结构的设计旨在优化阻抗匹配和降低信号传输损耗。
