微带-波导转换

1、波导-微带转换电路刘云生201222040512设计目的：设计一只Ka波段波导到微带转换电路。其技术指标要求如下：工作频率：26.540GHz输入/输出驻波比：<1.2插入损耗：<1.0dB一、 设计思路微带探针转换是目前应用最为广泛的波导-微带过渡形式并且它有明显的优点。它的插人损耗低,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。图1和图2中所示为常用微带探针转换结构图，我们采用H面微带探针转换的结构。探针从波导宽面插入，并且探针平面与波导窄面垂直。微带过渡段我们采用渐变结构。通过优化探针插入深度d，微带变换器的长度，探针和微带变换器各自宽度，波导的微带插入处到波

2、导短路处的距离，得到满足指标的结果。图1 H面微带探针转换结构图图2 E面微带探针转换结构图二、 设计过程：（1） 利用ADS软件里的微带计算工具得出中心频率为33.5处的微带的宽度，如图3所示。图3 50欧姆微带线宽（2） 在HFSS中建立仿真模型如图4所示，包括微带金属条，微带基板，以及包围空气腔三部分。利用对称性以面为对称面切掉一半可以减少计算时间。图4 仿真模型（3） 设置三部分的材料属性，其中微带金属条为，微带基板为Duriod5880（厚度，相对介电常数 ）。包围空气腔设为真空（默认）。（4） 设置波端口1,2。都为1个模式，如图5。 图5 波端口1 波端口2（5） 设置边界条件如

3、图6。其中微带被包围空气腔的上面设置辐射边界，对称面设置为Prefect H面。图6 边界条件（6） 设置求解，扫频。然后设置5个优化变量（优化探针插入深度以及微带变换器的长度，宽度，波导的微带插入处到波导短路处的距离），优化目标即为设计指标。三、 设计结果及存在问题分析：通过优化得到最佳优化值如下图7中所示：图7 优化变量优化结果为：图8 优化结果图 驻波比在整个频段内均小于1.2，插入损耗在整个频段内均小于0.3，故在全频段内满足设计要求。设计中需要注意的问题：（1） 利用对称性可以减少网格数量，缩短计算时间。（2） 端口2有多个模式，需要设置为1个模式。（3） 微带厚度不为零。（4） 设

4、置包围空气腔要将微带基板包围。（5） 微带波端口（端口2）设置不能太小，否则会造成人为遗漏部分场。（6） 约束腔开口宽度选取要适当，当波导开口的横向尺寸变小以后，波导中边壁横向尺寸的突变会带来额外的反射。因此，横向开口的尺寸也不是越小越好。选择的原则是不能传播高次模，并对高次模有足够衰减的前提下越大越好。 腔体滤波器设计报告设计下表中所示的通路2对应的滤波器序号项目单位需求规格（研发填写）需求规格(供应商)差异说明功能/性能指标通路1(PORT2)MHz806960（PORT2PORT1）通路2(PORT3)MHz17101880（PORT3PORT1）通路4(PORT5)MHz2200250

5、0（PORT5PORT1）端口驻波比1.3端口隔离度dBc80dB插入损耗dB0.8dB 三阶互调dBc-140dBc(+43dBm×2)带外抑制dBc80dB最大输入功率W100端口阻抗ohm50带内波动dB0.6接头形式N-F生命周期成熟FIT(失效率)FITS500ppm环境适应性要求工作温度范围-3050存储温度范围-4055一、 理论分析（1）腔体耦合滤波器的介绍腔体耦合滤波器是一种具有普遍意义的窄带滤波器结构。研究这种结构的设计具有重要意义。在谐振腔数量相同的条件下，广义切比雪夫滤波器在通带附近的具有选择性好、插损小的特点。滤波器的谐振腔体有多种类型，包括介质谐振器、同轴

6、谐振器、波导谐振器、螺旋谐振器和平面结构谐振器等。（2）选择滤波器腔体结构考虑的因素腔体体积；Q值；寄生通带；可调范围可实现的带寛；耦合结构；耦合结构的灵敏度；对不需要模式的耦合隔离；功率容量；温度稳定性等。（3）腔体耦合滤波器设计的基本思路从集中参数低通原型出发，经过频率变换获得集中参数电路模型。然后用不同的结构去实现。由耦合矩阵出发设计腔体耦合滤波器。二、 设计过程：(1)利用CoupleFil软件来确定设计参数。受温度漂移、击穿功率和群时延等技术指标的限制，滤波器设计的工作带寛要比用户要求的带寛宽一些。通常，设计带寛比用户要求大20%左右。 由此得出采用7腔直接耦合即可满足指标，以下为7

7、腔设计的参数图：（2） 单腔仿真 选择梳状结构腔体，梳状结构腔体的大小和杆的粗细主要影响腔体Q值。可根据谐振杆的尺寸适当选择腔体尺寸和谐振杆其它尺寸的初值。通过单腔仿真应该获得如下信息：1工作模式的谐振频率；2通过计算与工作模式相邻模式的频率，确定寄生通带的大概位置；3通过计算腔体Q值，确定滤波器的插损；4通过计算腔体内的场分布，确定滤波器电场最大点的位置和场强。仿真模型如下：（3） 腔体间耦合结构仿真通常，腔体间主耦合通道选择空间耦合或膜片耦合。探针耦合和耦合环耦合常用于交叉耦合。直接耦合较少采用。如果不考虑耦合结构所占的空间大小，我们可以选择空间耦合作为腔体间的耦合结构。建立耦合结构模型全部材料选择理想材料（金属=PEC；介质无耗）；如果，不关心寄生通带的影响，计算模型可以利用对称性。仿真模型如下：（4） 设计输入输出结构使用容性耦合，容性耦合的特点： 1电耦合；2耦合量与天线和杆之间的距离以及耦合点的位置有关。仿真模型如下：（5） 得到HFSS仿真模型并且得出仿真结果三、 设计结果及存在问题分析： 仿真结果如下：讨论：一般要对最后的滤波器实体模型作参数分析；优化和稳定性分析，同时PASS数足够大和误差的设置足够小，才可以保证仿真中结果的收敛。通常，对滤波器的