一種V波段波導—微帶對極鰭線過渡結構的設計研究

潘猛+秦雪雪+文春華+周傳升

摘要：文章研制了一款V頻段的波導微帶轉換器，該轉換器采用對極鰭線過渡結構，并提出了一種抑制諧振及基片安裝引起的高次模的設計方案。實際測試回波損耗小于-21dB，插入損耗小于1.6dB。

關鍵詞：波導；微帶；對極鰭線；諳振

波導-微帶轉接器是各種雷達、通信、電子對抗等系統中最重要的一種轉接過渡。對極鰭線模型，結構簡單，過渡方向與電路一致，在寬頻帶內可以實現較好的過渡性能，是現今普遍常用的波導-微帶過渡結構[1]。本文使用HFSS仿真設計了一款V頻段的波導微帶轉換器，并進行了加工驗證。

1 理論分析

微帶線是準TEM模式的傳輸線，其特性阻抗為50Q[2]。矩形波導是截面形狀為矩形的金屬波導管，其傳輸主模為TEW模。本文采用V頻段標準矩形波導（3.759mmX1.88mm），波導的特性阻抗計算公式為，其中，為空氣波阻抗，A為空氣中的波長，〃為波導寬邊長度。其特性阻抗為506波導-微帶對極鰭線過渡結構如圖1所示，在整個過渡長度內，兩個金屬鰭制作在基片兩面，為一對漸變的對極鰭線。主要實現以下功能：（1）將波導中的TE10模逐漸旋轉90°，變成在對極鰭線重疊部分中的準微帶傳輸模式；（2）將波導主模的506Q特性阻抗轉換到接近標準微帶線的50Q特性阻抗。

2 仿真設計

2.1 過渡結構曲線的設計

鰭線漸變段的設計，主要指漸變方向的平滑曲線設計。平滑曲線的選取要使其引入的反射損耗在要求的頻段內最小，并使漸變段物理尺寸盡可能地短。本文對極鰭線過渡段采用了指數的過渡形式，其設計公式為[3]：

其中1代表過渡長度，6為波導窄邊寬度，s為微帶線寬度。過渡段的長度Z不能過短，因為過短時，端口的反射系數較大；也不能過長，因為過長時，電路的損耗較大。取I的長度為1.54左右。

2.2 諧振抑制設計

以往設計對極鰭線過渡，常采用在漸變段圓弧金屬下方，加載金屬孤島來抑制諧振頻率。這種設計雖然可以起到抑制作用，但金屬孤島與鰭線的縫隙必須很小，而且隨著金屬孤島的引入，過渡尺寸也必須隨之加長。本設計中，在鰭線與微帶線的連接處，鰭線的兩側挖去1/4半圓，這種辦法在不增加過渡次尺寸的情況下抑制了諧振頻率。

同時，鰭線在波導內裝架槽的深度也是對過渡性能產生影響的重要因素。對于較小的裝架槽深度，其中主模不受影響。但隨著裝架槽深度的增加，主模將與臨近的高次模發生很強的相互作用，從而導致主模傳播常數的增大。鑒于此，本設計對基片做了以下改進，如圖2所示，在基片的兩側周期性的打半圓孔，可以有效地減小槽深對高次模的影響。在HFSS中對波導-微帶過渡器進行了仿真設計，其仿真曲線如圖3所示。回波損耗小于-21dB，插入損耗小于1.2dB。

3 實物驗證

對背對背結構的波導-微帶轉換器（見圖4）進行了實際加工，所用介質基片為RT/Duroid5880，介電常數為2.22，基片厚度為0.127mm，使用導電膠將基片固定在波導腔體中。該種結構易于裝配，成品率聞。

使用矢量網絡分析儀對樣件進行了測試，結果如圖5所示，可以看出在V頻段范圍內，回波損耗小于-21dB，插入損耗小于1.6dB，指標優良。

[參考文獻]

[1]王小偉，李家胤，周翼鴻.一種Ka頻段波導微帶鰭線轉換結構[J].空間電子技術，2009（3）：98-102.

[2]清華大學編寫組.微帶電路[M].北京：人民郵電出版社，1796.

[3]黃鶴，趙春暉，朱燕，等.V頻段波導-微帶的對脊鰭線過渡仿真設計[J].通信與網絡，2011（9）：111_113.endprint