波导-微带转换电路设计

波导-微带转换电路设计

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一、技术指标

1)工作频率：26.5~40GHz 2)输入/输出驻波比：<1.2

3)插入损耗：<1.0dB

二、理论分析

随着微波毫米波技术的飞速发展，微波集成电路在各个方面得到了广泛应用。在毫米波频段，主要的传输线有波导和平面传输线两种。随着平面传输媒介的研究发展，混合集成电路、单片集成电路应用的日趋广泛，微带电路已在越来越多的场合取代金属空波导，成为微波、毫米波电路的重要传输线。然而，目前许多毫米波测试系统和器件仍采用金属空波导。因此，如何实现低损耗的波导与微带线的转换就成了微波毫米波技术研究的重要内容。

目前常用的微带－波导探针过渡的方式有两种，都是将微带探针从波导宽边的中心插入，一种是介质面垂直与波导传输方向，称为H面探针，如图1所示，另一种介质面平行于波导传输方向，称为E面探针，如图2所示。

图1 H面探针图2 E面探针

微带探针转换是目前应用最为广泛的波导一微带过渡形式并且它有明显的优点。它的插人损耗低,回波损耗小,具有较大频宽,且其结构紧凑,加工方便,装卸容易。本文采用H面微带探针转换的结构。探针从波导宽面插入，并且探针平面与波导窄面垂直。微带过渡段我们采用渐变结构。通过优化探针插入深度d，微带变换器的长度1

s s，波导的微带插入处到波L，探针和微带变换器各自宽度,1

导短路处的距离L，得到满足指标的结果。

一、 设计过程：

（1） 利用ADS 软件里的微带计算工具得出中心频率为33.5GHz 处的微带的宽

度0.77Sx mm =，如图3所示。

图3 50欧姆微带线宽

（2） 在HFSS 中建立仿真模型如图4所示，包括微带金属条，微带基板，以及

包围空气腔三部分。利用对称性以YZ 面为对称面切掉一半可以减少计算时间。

图4 仿真模型

（3） 设置三部分的材料属性，其中微带金属条为PEC ，微带基板为

Duriod5880（厚度0.254mm =，相对介电常数 2.2=）。包围空气

腔设为真空（默认）。

（4）设置波端口1,2。都为1个模式，如图5。

图5 波端口1 波端口2

（5）设置边界条件如图6。其中微带被包围空气腔的上面设置辐射边界，对称YZ面设置为Prefect H面。

图6 边界条件

（6）设置求解，扫频。然后设置5个优化变量（优化探针插入深度以及微带变换器的长度,1

s s，波导的微带插入处到波

d L，宽度,1

导短路处的距离L），优化目标即为设计指标。

二、设计结果及存在问题分析：

通过优化得到最佳优化值如下图7中所示：

图7 优化变量

优化结果为：

图8 优化结果图

驻波比在整个频段内均小于1.2，插入损耗在整个频段内均小于0.3dB，故在全频段内满足设计要求，但是仍有一些不足。这种结构

只是仿真结果，实际加工中还有一些问题需要考虑，比如（1）在波导短路面及拐弯处设计倒角，便于加工；（2）为波导腔及约束腔内基板设计固定基板使其固定。

腔体滤波器设计报告

一、技术指标

二、理论分析

（1）腔体耦合滤波器的介绍

目前，电子信息产业发展迅速，频率拥挤日趋严重，对频率的分隔要求也越来越高。微波滤波器的应用也越来越受到广泛关注，对设计也提出了更高的要求。如果还按照传统的网络综合法进行设计，速度，效率和设计的准确性已经跟不上时代的发展，而这些方法掌握起来，也是十分繁锁和困难的。近年来各种三维电磁仿真软件的商业化发展，一系列象HFSS这样的可以达到准确计算的软件不断涌现，飞

速发展的计算机技术也使得这类软件的计算速度大大提高，在滤波器的设计仿真和实现中发挥着巨大的作用，使设计水平进入到一个数值化时代。

腔体耦合滤波器是一种具有普遍意义的窄带滤波器结构。研究这种结构的设计具有重要意义。在谐振腔数量相同的条件下，广义切比雪夫滤波器在通带附近的具有选择性好、插损小的特点。滤波器的谐振腔体有多种类型，包括介质谐振器、同轴谐振器、波导谐振器、螺旋谐振器和平面结构谐振器等。

（2）选择滤波器腔体结构考虑的因素

腔体体积；Q值；寄生通带；可调范围可实现的带寛；耦合结构；耦合结构的灵敏度；对不需要模式的耦合隔离；功率容量；温度稳定性等。

（3）腔体耦合滤波器设计的基本思路

从集中参数低通原型出发，经过频率变换获得集中参数电路模型。然后用不同的结构去实现。由耦合矩阵出发设计腔体耦合滤波器。

一、设计过程：

(1)利用CoupleFil软件来确定设计参数。受温度漂移、击穿功率和群时延等技术指标的限制，滤波器设计的工作带寛要比用户要求的带寛宽一些。通常，设计带寛比用户要求大20%左右。由此得出采用7腔直接耦合即可满足指标，以下为7腔设计的参数图：

（2） 单腔仿真

选择梳状结构腔体，梳状结构腔体的大小和杆的粗细主要影响腔体Q 值。可根据谐振杆的尺寸适当选择腔体尺寸和谐振杆其它尺寸的初值。通过单腔仿真应该获得如下信息：1工作模式的谐振频率；2通过计算与工作模式相邻模式的频率，确定寄生通带的大概位置；3通过计算腔体Q 值，确定滤波器的插损；4通过计算腔体内的场分布，确定滤波器电场最大点的位置和场强。仿真模型如下：

（3）腔体间耦合结构仿真

通常，腔体间主耦合通道选择空间耦合或膜片耦合。探针耦合和耦合环耦合常用于交叉耦合。直接耦合较少采用。如果不考虑耦合结构所占的空间大小，我们可以选择空间耦合作为腔体间的耦合结构。

建立耦合结构模型全部材料选择理想材料（金属=PEC；介质无耗）；如果，不关心寄生通带的影响，计算模型可以利用对称性。仿真模型如下：

（4）设计输入输出结构

使用容性耦合，容性耦合的特点：1电耦合；2耦合量与天线和杆之间的距离以及耦合点的位置有关。仿真模型如下：

（5）得到HFSS仿真模型并且得出仿真结果

二、设计结果及存在问题分析：

仿真结果如下：

讨论：

一般要对最后的滤波器实体模型作参数分析；优化和稳定性分析，同时PASS数足够大和误差的设置足够小，才可以保证仿真中结果的收敛。通常，对滤波器的优化是在等效电路分析的阶段。参数分析使用实体模型是在部分结构分析中使用。如果，实体模型正确，仿真方法得当，计算结果是可信的。