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(dǎo)微帶轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器采用對極鰭線過渡結(jié)構(gòu)，并提出了一種抑制諧振及基片安裝引起的高次模的設(shè)計(jì)方案。實(shí)際測試回波損耗小于-21dB，插入損耗小于1.6dB。

關(guān)鍵詞：波導(dǎo)；微帶；對極鰭線；諳振

波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)接器是各種雷達(dá)、通信、電子對抗等系統(tǒng)中最重要的一種轉(zhuǎn)接過渡。對極鰭線模型，結(jié)構(gòu)簡單，過渡方向與電路一致，在寬頻帶內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)較好的過渡性能，是現(xiàn)今普遍常用的波導(dǎo)-微帶過渡結(jié)構(gòu)[1]。本文使用HFSS仿真設(shè)計(jì)了一款V頻段的波導(dǎo)微帶轉(zhuǎn)換器，并進(jìn)行了加工驗(yàn)證。

1 理論分析

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

2 仿真設(shè)計(jì)

2.1 過渡結(jié)構(gòu)曲線的設(shè)計(jì)

鰭線漸變段的設(shè)計(jì)，主要指漸變方向的平滑曲線設(shè)計(jì)。平滑曲線的選取要使其引入的反射損耗在要求的頻段內(nèi)最小，并使?jié)u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(shù)的過渡形式，其設(shè)計(jì)公式為[3]：

其中1代表過渡長度，6為波導(dǎo)窄邊寬度，s為微帶線寬度。過渡段的長度Z不能過短，因?yàn)檫^短時(shí)，端口的反射系數(shù)較大；也不能過長，因?yàn)檫^長時(shí)，電路的損耗較大。取I的長度為1.54左右。

2.2 諧振抑制設(shè)計(jì)

以往設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中，在鰭線與微帶線的連接處，鰭線的兩側(cè)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(shí)，鰭線在波導(dǎo)內(nèi)裝架槽的深度也是對過渡性能產(chǎn)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(fā)生很強(qiáng)的相互作用，從而導(dǎo)致主模傳播常數(shù)的增大。鑒于此，本設(shè)計(jì)對基片做了以下改進(jìn)，如圖2所示，在基片的兩側(cè)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(dǎo)-微帶過渡器進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)，其仿真曲線如圖3所示?；夭〒p耗小于-21dB，插入損耗小于1.2dB。

3 實(shí)物驗(yàn)證

對背對背結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換器（見圖4）進(jìn)行了實(shí)際加工，所用介質(zhì)基片為RT/Duroid5880，介電常數(shù)為2.22，基片厚度為0.127mm，使用導(dǎo)電膠將基片固定在波導(dǎo)腔體中。該種結(jié)構(gòu)易于裝配，成品率聞。

使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對樣件進(jìn)行了測試，結(jié)果如圖5所示，可以看出在V頻段范圍內(nèi)，回波損耗小于-21dB，插入損耗小于1.6dB，指標(biāo)優(yōu)良。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王小偉，李家胤，周翼鴻.一種Ka頻段波導(dǎo)微帶鰭線轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)[J].空間電子技術(shù)，2009（3）：98-102.

[2]清華大學(xué)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(dǎo)-微帶的對脊鰭線過渡仿真設(shè)計(jì)[J].通信與網(wǎng)絡(luò)，2011（9）：111_113.endprint