微帶-波導轉(zhuǎn)換

1、波導-微帶轉(zhuǎn)換電路劉云生201222040512設(shè)計目的：設(shè)計一只Ka波段波導到微帶轉(zhuǎn)換電路。其技術(shù)指標要求如下：工作頻率：26.540GHz輸入/輸出駐波比：<1.2插入損耗：<1.0dB一、 設(shè)計思路微帶探針轉(zhuǎn)換是目前應用最為廣泛的波導-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。圖1和圖2中所示為常用微帶探針轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)圖，我們采用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

2、導短路處的距離，得到滿足指標的結(jié)果。圖1 H面微帶探針轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)圖圖2 E面微帶探針轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)圖二、 設(shè)計過程：（1） 利用ADS軟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

3、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。三、 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。設(shè)計中需要注意的問題：（1） 利用對稱性可以減少網(wǎng)格數(shù)量，縮短計算時間。（2） 端口2有多個模式，需要設(shè)置為1個模式。（3） 微帶厚度不為零。（4） 設(shè)

4、置包圍空氣腔要將微帶基板包圍。（5） 微帶波端口（端口2）設(shè)置不能太小，否則會造成人為遺漏部分場。（6） 約束腔開口寬度選取要適當，當波導開口的橫向尺寸變小以后，波導中邊壁橫向尺寸的突變會帶來額外的反射。因此，橫向開口的尺寸也不是越小越好。選擇的原則是不能傳播高次模，并對高次模有足夠衰減的前提下越大越好。 腔體濾波器設(shè)計報告設(shè)計下表中所示的通路2對應的濾波器序號項目單位需求規(guī)格（研發(fā)填寫）需求規(guī)格(供應商)差異說明功能/性能指標通路1(PORT2)MHz806960（PORT2PORT1）通路2(PORT3)MHz17101880（PORT3PORT1）通路4(PORT5)MHz2200250

5、0（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)境適應性要求工作溫度范圍-3050存儲溫度范圍-4055一、 理論分析（1）腔體耦合濾波器的介紹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。濾波器的諧振腔體有多種類型，包括介質(zhì)諧振器、同軸

6、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。二、 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。 由此得出采用7腔直接耦合即可滿足指標，以下為7

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)果三、 設(shè)計結(jié)果及存在問題分析： 仿真結(jié)果如下：討論：一般要對最后的濾波器實體模型作參數(shù)分析；優(yōu)化和穩(wěn)定性分析，同時PASS數(shù)足夠大和誤差的設(shè)置足夠小，才可以保證仿真中結(jié)果的收斂。通常，對濾波器的