波導-微帶轉(zhuǎn)換電路設(shè)計

1、 波導-微帶轉(zhuǎn)換電路設(shè)計姓名： 學號： 一、技術(shù)指標1)工作頻率：26.540GHz 2)輸入/輸出駐波比：<1.2 3)插入損耗：<1.0dB二、理論分析隨著微波毫米波技術(shù)的飛速發(fā)展，微波集成電路在各個方面得到了廣泛應(yīng)用。在毫米波頻段，主要的傳輸線有波導和平面?zhèn)鬏斁€兩種。隨著平面?zhèn)鬏斆浇榈难芯堪l(fā)展，混合集成電路、單片集成電路應(yīng)用的日趨廣泛，微帶電路已在越來越多的場合取代金屬空波導，成為微波、毫米波電路的重要傳輸線。然而，目前許多毫米波測試系統(tǒng)和器件仍采用金屬空波導。因此，如何實現(xiàn)低損耗的波導與微帶線的轉(zhuǎn)換就成了微波毫米波技術(shù)研究的重要內(nèi)容。 目前常用的微帶波導探針過渡的方式有兩種

2、，都是將微帶探針從波導寬邊的中心插入，一種是介質(zhì)面垂直與波導傳輸方向，稱為H面探針，如圖1所示，另一種介質(zhì)面平行于波導傳輸方向，稱為E面探針，如圖2所示。 圖1 H面探針 圖2 E面探針微帶探針轉(zhuǎn)換是目前應(yīng)用最為廣泛的波導一微帶過渡形式并且它有明顯的優(yōu)點。它的插人損耗低,回波損耗小,具有較大頻寬,且其結(jié)構(gòu)緊湊,加工方便,裝卸容易。本文采用H面微帶探針轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)。探針從波導寬面插入，并且探針平面與波導窄面垂直。微帶過渡段我們采用漸變結(jié)構(gòu)。通過優(yōu)化探針插入深度d，微帶變換器的長度，探針和微帶變換器各自寬度，波導的微帶插入處到波導短路處的距離，得到滿足指標的結(jié)果。一、 設(shè)計過程：（1） 利用ADS軟

3、件里的微帶計算工具得出中心頻率為33.5處的微帶的寬度，如圖3所示。圖3 50歐姆微帶線寬（2） 在HFSS中建立仿真模型如圖4所示，包括微帶金屬條，微帶基板，以及包圍空氣腔三部分。利用對稱性以面為對稱面切掉一半可以減少計算時間。圖4 仿真模型（3） 設(shè)置三部分的材料屬性，其中微帶金屬條為，微帶基板為Duriod5880（厚度，相對介電常數(shù) ）。包圍空氣腔設(shè)為真空（默認）。（4） 設(shè)置波端口1,2。都為1個模式，如圖5。 圖5 波端口1 波端口2（5） 設(shè)置邊界條件如圖6。其中微帶被包圍空氣腔的上面設(shè)置輻射邊界，對稱面設(shè)置為Prefect H面。圖6 邊界條件（6） 設(shè)置求解，掃頻。然后設(shè)置5

4、個優(yōu)化變量（優(yōu)化探針插入深度以及微帶變換器的長度，寬度，波導的微帶插入處到波導短路處的距離），優(yōu)化目標即為設(shè)計指標。二、 設(shè)計結(jié)果及存在問題分析：通過優(yōu)化得到最佳優(yōu)化值如下圖7中所示：圖7 優(yōu)化變量優(yōu)化結(jié)果為：圖8 優(yōu)化結(jié)果圖 駐波比在整個頻段內(nèi)均小于1.2，插入損耗在整個頻段內(nèi)均小于0.3，故在全頻段內(nèi)滿足設(shè)計要求，但是仍有一些不足。這種結(jié)構(gòu)只是仿真結(jié)果，實際加工中還有一些問題需要考慮，比如（1）在波導短路面及拐彎處設(shè)計倒角，便于加工；（2）為波導腔及約束腔內(nèi)基板設(shè)計固定基板使其固定。 腔體濾波器 設(shè)計報告一、技術(shù)指標序號項目單位需求規(guī)格（研發(fā)填寫）需求規(guī)格(供應(yīng)商)差異說明功能/性能指標通

5、路1(PORT2)MHz806960（PORT2PORT1）通路2(PORT3)MHz17101880（PORT3PORT1）通路4(PORT5)MHz22002500（PORT5PORT1）端口駐波比1.3端口隔離度dBc80dB插入損耗dB0.8dB 三階互調(diào)dBc-140dBc(+43dBm×2)帶外抑制dBc80dB最大輸入功率W100端口阻抗ohm50帶內(nèi)波動dB0.6接頭形式N-F生命周期成熟FIT(失效率)FITS500ppm環(huán)境適應(yīng)性要求工作溫度范圍-3050存儲溫度范圍-4055二、理論分析（1）腔體耦合濾波器的介紹目前，電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，頻率擁擠日趨嚴重，對頻

6、率的分隔要求也越來越高。微波濾波器的應(yīng)用也越來越受到廣泛關(guān)注，對設(shè)計也提出了更高的要求。如果還按照傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)綜合法進行設(shè)計，速度，效率和設(shè)計的準確性已經(jīng)跟不上時代的發(fā)展，而這些方法掌握起來，也是十分繁鎖和困難的。近年來各種三維電磁仿真軟件的商業(yè)化發(fā)展，一系列象HFSS這樣的可以達到準確計算的軟件不斷涌現(xiàn)，飛速發(fā)展的計算機技術(shù)也使得這類軟件的計算速度大大提高，在濾波器的設(shè)計仿真和實現(xiàn)中發(fā)揮著巨大的作用，使設(shè)計水平進入到一個數(shù)值化時代。腔體耦合濾波器是一種具有普遍意義的窄帶濾波器結(jié)構(gòu)。研究這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計具有重要意義。在諧振腔數(shù)量相同的條件下，廣義切比雪夫濾波器在通帶附近的具有選擇性好、插損小的特點

7、。濾波器的諧振腔體有多種類型，包括介質(zhì)諧振器、同軸諧振器、波導諧振器、螺旋諧振器和平面結(jié)構(gòu)諧振器等。（2）選擇濾波器腔體結(jié)構(gòu)考慮的因素腔體體積；Q值；寄生通帶；可調(diào)范圍可實現(xiàn)的帶寛；耦合結(jié)構(gòu)；耦合結(jié)構(gòu)的靈敏度；對不需要模式的耦合隔離；功率容量；溫度穩(wěn)定性等。（3）腔體耦合濾波器設(shè)計的基本思路從集中參數(shù)低通原型出發(fā)，經(jīng)過頻率變換獲得集中參數(shù)電路模型。然后用不同的結(jié)構(gòu)去實現(xiàn)。由耦合矩陣出發(fā)設(shè)計腔體耦合濾波器。一、 設(shè)計過程：(1)利用CoupleFil軟件來確定設(shè)計參數(shù)。受溫度漂移、擊穿功率和群時延等技術(shù)指標的限制，濾波器設(shè)計的工作帶寛要比用戶要求的帶寛寬一些。通常，設(shè)計帶寛比用戶要求大20%左右

8、。 由此得出采用7腔直接耦合即可滿足指標，以下為7腔設(shè)計的參數(shù)圖：（2） 單腔仿真 選擇梳狀結(jié)構(gòu)腔體，梳狀結(jié)構(gòu)腔體的大小和桿的粗細主要影響腔體Q值?？筛鶕?jù)諧振桿的尺寸適當選擇腔體尺寸和諧振桿其它尺寸的初值。通過單腔仿真應(yīng)該獲得如下信息：1工作模式的諧振頻率；2通過計算與工作模式相鄰模式的頻率，確定寄生通帶的大概位置；3通過計算腔體Q值，確定濾波器的插損；4通過計算腔體內(nèi)的場分布，確定濾波器電場最大點的位置和場強。仿真模型如下：（3） 腔體間耦合結(jié)構(gòu)仿真通常，腔體間主耦合通道選擇空間耦合或膜片耦合。探針耦合和耦合環(huán)耦合常用于交叉耦合。直接耦合較少采用。如果不考慮耦合結(jié)構(gòu)所占的空間大小，我們可以選擇空間耦合作為腔體間的耦合結(jié)構(gòu)。建立耦合結(jié)構(gòu)模型全部材料選擇理想材料（金屬=PEC；介質(zhì)無耗）；如果，不關(guān)心寄生通帶的影響，計算模型可以利用對稱性。仿真模型如下：（4） 設(shè)計輸入輸出結(jié)構(gòu)使用容性耦合，容性耦合的特點： 1電耦合；2耦合量與天線和桿之間的距離以及耦合點的位置有關(guān)。仿真模型如下：（5） 得到HFSS仿真模型并且得出仿真結(jié)果二、 設(shè)計結(jié)果及存在問題分析： 仿真結(jié)果如下：