Ka波段寬帶波導(dǎo)微帶變換設(shè)計(jì)

1 引言

在使用波導(dǎo)接口的毫米波系統(tǒng)中，同時(shí)利用微帶電路集成度高的特點(diǎn)時(shí)波導(dǎo)微帶過(guò)渡結(jié)構(gòu)是必不可少的。電路中波導(dǎo)微帶過(guò)渡要求低損耗、寬頻段、易于加工等特點(diǎn)，目前過(guò)渡形式主要存在以下方式：鰭線過(guò)渡、小孔耦合、脊波導(dǎo)過(guò)渡以及E-面探針?lè)绞?，這些形式各有長(zhǎng)短，適合不同場(chǎng)合。本文采用高頻電磁場(chǎng)仿真軟件HFSS快速設(shè)計(jì)出E-面探針?lè)绞降牟▽?dǎo)--微帶過(guò)渡結(jié)構(gòu)，采用全波分析法相較于譜域分析會(huì)更精確、快速，通過(guò)仿真設(shè)計(jì)以及實(shí)物測(cè)試達(dá)到較好的結(jié)果，在30GHz～40GHz的頻段內(nèi)駐波1.5,插損1dB的良好指標(biāo)。

2 快速設(shè)計(jì)原理

E-面探針?lè)绞降牟▽?dǎo)--微帶過(guò)渡結(jié)構(gòu)如圖1所示，探針通過(guò)在波導(dǎo)面的開(kāi)窗深入波導(dǎo)內(nèi)，開(kāi)窗尺寸既要利于裝配同時(shí)要盡量小以減少對(duì)波導(dǎo)傳輸性能的影響，同時(shí)形成的波導(dǎo)截止頻率應(yīng)在工作頻率之外。探針長(zhǎng)度D、寬度WP以及離波導(dǎo)短路面的距離L均能影響探針從波導(dǎo)寬邊看過(guò)去的隨頻率變化的阻抗。變換設(shè)計(jì)的一個(gè)最重要工作就是首先綜合計(jì)算出上述三個(gè)參數(shù)使得探針阻抗隨頻率變化而變化的范圍盡量小。阻抗此時(shí)顯示為實(shí)部和容性虛部，所以為了將阻抗匹配至50歐姆，須和探針傳接一個(gè)高阻抗感性微帶線其寬度為WI、長(zhǎng)度為L(zhǎng)I,然后通過(guò)1/4波長(zhǎng)微帶線最終將阻抗變換匹配至50歐姆。

圖1 E面探針過(guò)渡結(jié)構(gòu)

3 仿真及測(cè)試結(jié)果

波導(dǎo)微帶變換可以方便的在HFSS中進(jìn)行建模，模型如圖2（a）所示，其中微帶線采用氧化鋁陶瓷基板，因?yàn)椴捎帽∧すに嚿傻奈Ь€能夠滿足在毫米波頻段對(duì)高精度的要求。

采用HFSS建模仿真得到仿真流程如下：首先綜合優(yōu)化探針長(zhǎng)度D、寬度WP以及離波導(dǎo)短路面的距離L，使得從波導(dǎo)壁為端面的探針阻抗在寬帶范圍內(nèi)對(duì)頻率不敏感，仿真結(jié)果如圖2（b）。由圖2（b）可知此時(shí)探針阻抗為一容性阻抗，為了匹配至50歐姆，需要探針端接高阻抗線，優(yōu)化高阻抗線寬度WI、長(zhǎng)度LI，匹配探針阻抗至虛部消失，匹配結(jié)果如圖2（c）所示，此時(shí)端口阻抗約為37.5歐姆。最后通過(guò)1/4波長(zhǎng)微帶線最終將阻抗匹配至50歐姆，匹配結(jié)果如圖2（d）所示，此時(shí)在30GHz～40GHz的頻段內(nèi)阻抗基本匹配至50歐姆。

同時(shí)仿真計(jì)算應(yīng)考慮實(shí)際加工以及裝配誤差，仿真應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的容差分析，在此分析基礎(chǔ)上對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)作相應(yīng)調(diào)整以降低裝配及加工因素對(duì)性能的影響。

（a）

（b）