毫米波波导—微带探针转换探究.pdfVIP

毫米波波导—微带探针转换研究 高峰，徐锐敏，李桂萍 电子科技大学应用物理研究所，成都，610054 摘 要：本文介绍了一种利用探计耦合的波导—微带转换。该转换通过电磁场仿 真软件模拟和设计，具有体积小、性能高、结构简单、制作方便、可以 允许较大的机械加工和装配公差等优点。实测结果在Ka波段7GHz带宽 内插入损耗优于0．4dB，回波损耗优于20dB。 关键词：毫米波．波导，微带转换，探针耦合．插入损耗，回波损耗。 0．引7言 在毫米波测试和传输系统中，传输线主要采用标准矩形波导；但在另一方面，由于 毫米波集成电路体积小、可靠性高、便于大规模制作，毫米波电路一直沿着波导电路．+ 混合集成电路一÷单片集成电路在向前发展．微带线是毫米波集成电路中最重要的传输 线。因此，如何实现波导与微带的转换就成了人们日益关注的课题Il】。因而必须利用具 有宽带特性低插入损耗和低回波损耗的波导—微带转换装置来完成。 目前，波导到微带线转换的方法主要有：通过过渡鳍线转换Bl，利用脊波导转换 [31，用天线原理转换[41．用探针转换等【51161。探针型转换具有明显的优点：它的插入 损耗低，回波损耗小，具有较大频宽，且其结构紧凑，加工方便，装卸容易【。I。早在 1988年，Yi—Chi Q．Bui设计的基本的探针转换在Ka波段 Shih，Thuy-NhungTon和Long 插入损耗就达0．4dB，回波损耗达15dB；在w波段插入损耗达2dB，回波损耗达 Weinreb的改良设计性能有了进一步 15dB一。在1999年，Yoke．ChoyLeong和Sander 提高■ 1．结构形式 波导一微带转换设计如图所示，探针通过狭槽进入波导，将能量耦合出来，然后用 一段高感抗线抵消其电容效应，实现探针与微带线阻抗匹配。该波导短路距离较短，具 有尺寸小的优点。 输^波导 微带线舟质基片 探针 主微带线(50n) 图I 探针转换俯视图 田2 探针转换侧视图 ·338· 2．理论分折 探针耦合设计中，探针的输入阻抗是探针宽度、长度、波导终端短路距离以及频率 的函数，可优化后得到一定的探针宽度、长度和波导终端短路距离，使其成为相对稳定 的结构，这种结构将在较宽的频率范围内，保持较小的插入损耗和回波损耗。 实际器件还存在机械加工、装配公差和印制电路公差，其中印制电路公差由于远小 于机械公差而不必考虑．该结构应能保证在较大的机械公差下，性能不发生明显改变。 波导终端短路长度取x“，可保证探针在波导内处于最大电压。即电场最强位置， 以选到尽量高的耦台效率以减小插入损耗和回波损耗。 该探针输入阻抗虚部为容抗，故需一段高感抗线来抵消其容抗，之后如果输入阻抗 不为50n，则还需用；V4阻抗变换器，以使其与50Q的主微带线相匹配． 转换部分的腔体通过一条狭缝与集成电路腔体连接起来．该狭缝的尺寸需选择适 当，要尽量将能量集中在礅带上，以抑制直接通过高次模耦合到微带线腔体．且狭缝要 有足够的高度，以免影响微带的场结构。 3．仿真结果 在Ka频段对该波导臌带转换进行电磁仿真，波导采用B,T-320型，主微带线取50Q， 导体为理想导体，介质基片介电常数取e，_2．22，厚度为0．254rnm．改变高感抗线的长度 与宽度，使其在宽带插入损耗与回波损耗最小．理论计算的s参数曲线如图3所示- 为了分析装配公差对结果的影响，假定微带相对波导上下左右移动一定距离，再对 该电路的性能变化进行仿真。图4一图8是模拟的结果，可以看出，装配误差不大于 0．2毫米时对结果不会造成太大影响． }———邯 卜、。／ 一＼