W頻段波導-微帶的對脊鰭線過渡仿真設計

金少華 電子科技大學電子科學與工程學院 四川成都 610054

1 引言

在毫米波接收系統中，各芯片間采用微帶線連接.而毫米波測試系統用波導接口，需要低成本、低損耗的寬頻帶波導到微帶過渡.常用過渡結構：階梯脊波導過渡、對脊鰭線過渡、耦合探針過渡等.對脊鰭線過渡，因其可以采用印制版技術制作在價廉的軟基片上，已成為一種普遍運用的過渡結構.本文通過軟件HFSS設計并仿真了一個W波段的微帶到波導鰭線過渡以滿足工程項目的需要。

2 對脊鰭線過渡的仿真

2.1 對脊鰭線過渡的設計

經典的過渡結構(如圖1所示).在這個由波導到微帶的過渡結構中， 兩個對脊鰭線制作在基片正反兩面，逐漸漸變成微帶線.并且構成了一圓弧形諧振區，諧振區內的金屬塊是用來抑制諧振的。

第一 是圖1微帶到波導的過渡結構

第二 是圖2電場轉換圖

在圖1中，1區是漸變的對脊鰭線部分，它將波導內的TE10模轉變成微帶線傳輸的的準TEM模式（見圖2），同時將波導的高阻抗轉變成低阻抗。2、3 區將對脊鰭線過渡到標準微帶線.這一部分一般的處理方法是用半圓弧來過渡到微帶線，這樣圓心固定，經過微調可得到較好的結構。過渡中的對脊鰭線漸變設計常采用沿漸變方向的平滑阻抗變換曲線， 其中，余弦平方漸變形式加工簡單，成本較低，應用廣泛。因此我采用余弦平方漸變曲線( 1)設計對脊鰭線過渡結構

式中： 是鰭線寬度； 是波導窄邊尺寸；50Ω 微帶線寬； 是距離起點的長度； 鰭線過渡的長度。由經驗可知，過渡結構長度越長，反射越小，但是工程需要整個過渡結構盡可能短，方便使用，因此需要選擇一個合理的長度，一般取1.5

按照上述設計思路，我完成W波段（75.87-87.5）GHZ的過渡設計，介質基片采用RT-duroid 5880 材料 （相對介電常數εr= 2 . 2），基片厚度為h = 0 .127mm ， 金屬條帶厚度t =0.017 mm，標準矩形波導，寬a = 1.5494mm，高b =3.0988mm， 50Ω微帶線金屬條帶的寬度W = 0.358mm。模型見圖3，由圖4仿真結果可以看出，在（75.87-87.5）GHZ內插損小于0.6dB，回波損耗在20dB以下，實現了很好的寬帶過渡性能。為了更準確的測試W波段波導-微帶過渡的性能，設計了背靠背模型如圖5，仿真結果如圖6， 在整個（75.58-81.54）GHZ的插損小于0.6dB，回波損耗在20dB以下，整個帶內曲線很平坦。但是帶寬明顯減小。

2.2 仿真結果

利用HFSS仿真軟件對設計的過渡進行計算機仿真，設置中心頻率77GHz，仿真模型及結果如圖所示

3 結束語

設計了波導轉微帶的對脊鰭線過渡，利用了余弦平方漸變曲線設計了對脊鰭線的漸變線，便于設計和加工，在很寬的頻帶范圍內，實現了（75.87-87.5）GHZ帶內的回波損耗在20dB以下，插入損耗小于0.6dB，為W波段的組件設計提供了良好的波導微帶過渡