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1、-范文最新推荐-1 / 11微带线波导转换设计+文献综述摘要 矩形金属波导是微波——毫米波频段的重要传输线形式，在天线、测量系统、微波电路中广泛应用。微带线是现有毫米波集成电路中十分重要的传输线形式，因此经常需要进行微带线到波导的转换。 本文首先综述了微带线—波导转换的几种方法，分析比较了各个结构的优缺点。然后对三种较典型的结构进行了仿真设计，包括微带探针一波导过渡、共面基片集成波导—微带线转换、异面基片集成波导—微带线转换，并对影响插入损耗、回波损耗进行分析。仿真结果表明设计的转换电路达到设计要求。8100关键词微带线 矩形波导 基
2、片集成波导转换TitleTitleTitleTitleDesign on transitions between microstrip line and rectangular waveguide Abstract Abstract Abstract Abstract Rectangular waveguides are an important transmission line for microwaveand millimeter wave bands, and widely used inantennas, measurement systems,and microwave circu
3、its. Microstrip lines (ML) are another commonly usedtransmission line which has good performance for millimeter wave integratedcircuits. Therefore, transition between microstrip line and rectangularwaveguide are demanded.In this paper, several design methods of the ML-范文最新推荐-3 / 11waveguidetransitio
4、n areintroduced and compared. Three typicalcircuits are designed with HFSSsoftware, which include a waveguide–ML probe transition, a coplanarSIW(substrate integrated waveguide)-ML transition and a SIW-ML transitionwith two substrates. Parametric research is conducted and optimized designsare p
5、resented. Simulated results show that desired performances have beenobtained.KeywordsMicrostrip line, Rectangularwaveguide, Substrateintegrated 基片集成波导1417(SIW)作为新兴的微波导波器件，其兼具矩形波导和介质波导的优点，该器件的基本结构是用上下两片金属板间的两排定间距的金属通孔来构成波导的金属壁，由于每排金属通孔的孔间距远远小于波长。因此，由缝隙泄漏的能量很小。基片集成波导相当于内部填充了介质的矩形波导，具有与传统波导类似的特性，如品质因数高
6、、设计简便、体积小、易集成、造价低、重量轻等优点。将基片集成波导用于滤波器或双工器等高 Q 值的微波无源器件时，可以-范文最新推荐-5 / 11使整个微波毫米波系统的体积大大减小，具有广泛的应用前景。1.21.21.21.2 微带线 微带线 微带线 微带线— —— —波导基本理论 波导基本理论 波导基本理论 波导基本理论微带线的几何结构13如图 1.1（a ）所示，宽度为 w 的导体印刷在薄的、厚度为 d、相对介电常数为 rε 的接地电介质基片上；其场力线如图 1(b)所示。 这个均匀媒质取代了微带线的空气和电介质区域。给定微带线
7、的尺寸，特征阻抗可以计算为： 相应地，给定微带线的特征阻抗和介质基片的参数，即可用上式反推出微带线的宽度。矩形波导的结构如图 1.2 所示。它的横截面是长度为 a、宽度为 b 的矩形。 中空矩形波导可以传播 TM 模和 TE 模，但不能传播 TEM 模，因为它只有一个导体。矩形波导的基模为 TE10 模，其截止频率为为保证矩形波导为单模工作，a 取为λ/2∼λ，λ为工作频率对应的自由空间波长。对于 TE10 模，其波阻抗为 导的主模波阻抗变化到微带特性阻抗以实现过渡的目的。加脊波导由一些 /4 减高波导段组成，以便使波导高度从 b 逐渐变化到-
8、范文最新推荐-7 / 11微带的金属条带的厚度。实验证明，采用四个阶梯，即一个导行波长长度，就可提供全波段带宽。在 Ka 频段，这种过渡器的插损已经可以做到 0.25dB，其驻波约为 1.3。而在 W 频段，全频段插损约为 0.5dB，驻波 1.5 左右。显然，在这种结构中，阶梯数目的减少就会缩短过渡的物理长度，从而使过渡段乃至整个电路更为紧凑，但这样作要以牺牲带宽为代价。这种紧凑结构的优点是可以把过渡段埋其在电路的封装外壳壁内，因而并不增加整个电路体积。所以，在实际采用加脊波导过渡段时，可以根据电路的工作带宽选择阶梯数目。阶梯加脊波导过渡虽然是一种简单而又有良好过渡特性的结构，但需要准确的机
9、械加工条件，这就必然导致集成电路屏蔽外壳成本过高，特别对短毫米波频段更是如此。 阶梯过渡段也可用渐变线过渡器，其中采用余弦过渡方式最为普遍。余弦渐变过渡器便于机械加工，因而制造成本相对较低。由于它在同样过渡特性时的实际长度比阶梯型过渡器要长，因而是一种增大体积为代价的结构。实验证明，采用余弦渐变过渡可以在带宽中心对应的三个波长长度内获得极好的过渡特性。在实际应用中，一个不可忽视的附加因素是过渡器的气度要求。鉴于很多微带电路，特别是军用微带电路，为保证能在各种恶劣环境条-范文最新推荐-9 / 11件下性能的稳定性，就需对整个电路加以密封。在阶梯加脊或渐变加脊过渡器中，采用波导窗就很容易达到这 (
10、4)相对于微带电路来一说.，它的传输损耗低，因而多个电路集成时，无需模式滤波器和去耦隔离装置。 2. 2.2. 2.3333 微带一同轴线一波导过渡 微带一同轴线一波导过渡 微带一同轴线一波导过渡 微带一同轴线一波导过渡波导一同轴线一微带过渡器常用于卫星通信接收单元(又称高频头) 之中。其结构5如图 2.3(a)所示。波导的输入口为一个固定连接用的法兰盘(与天线的馈源相连)，波导的另一端是封闭的短路面。探针一头从矩形波导的宽边插入，并伸入到波导之中;另一端与微带线相连。连接两端的是一小段同轴线。如图 3(b)这种结构的优点是密封性好，机械复杂度低，易于加工，成本低廉，被广泛应用于军事、民用等诸
11、多领域。缺点是加工工艺要求高，一般需要手动调试来控制祸合量和激励位置，有一定的难度。它的分析可以用图 2.3（c ）的等效电路模型来表示。 图 2.3(c) 波导一同轴一微带过渡器等效电路模型通过调整伸进波导的探针长度 d 和短路面的距离 L，可以改变 Zp，使 Zi。-范文最新推荐-11 / 11与微带线完全匹配。由于探针长度与短路面的距离受机械加工的影响比较大，加工精度很难保证。因此设计时，要保证过渡器的带宽足够大。另外可以在波导内加调谐螺钉来克服加工误差。微带探针一波导过渡 微带探针一波导过渡 微带探针一波导过渡 微带探针一波导过渡探针型过渡结构又可以分为两种类型。一种为探针方向与波导中波传播方向平行，称为 H 面探针结构5，如图 2.4.1 所示 ;另一种为探针方向与波导中波传播方向垂直，称为 E 面探针结构 5，如图 2.4.2 所示。这种过渡通过一段起祸合
