波导-微带转换电路设计
V波段波导-微带探针转换器设计
好 使探 针处 于波 导 内 电场 最 强位 置 ， 微带 探 针 经 一 段 高 阻抗 线变 换到 ５ ０ Ｑ 微带线 上 ， 实现 了波 导 到微带 的 转 换 。波导 一微 带 探 针 过 渡 又可 分 为 两 种 形 式 ， 一 种 为 基片 表面 与波 导 中波 传 播 方 向垂 直 ， 另一 种 为 基 片 表 面 与波导 中波传 播 方 向平行 ， 如 图 １和 图 ２所示 。
（ Ｓ ｅ ｖ ｅ ｎ ｔ ｈ Ｐ ｒ ｏ ｆ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｄ ｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ，Ｘ ｉ ’ ａ ｎ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ，Ｘ ｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ １ ０ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
随着 毫米 波技 术 的发 展 ， 微 波 毫 米 波混 合 集 成 电 路与 单片集 成 电路在 通信 、 雷达 、 制 导 以及其 他一 些 系 统 中得 到 了广 泛 应用 ， 微 带传 输 线 正 在 越来 越 多 的场 合取 代金 属波 导 ， 成 为 制 作毫 米 波 集 成 电路 的重 要 传 输线 。而 矩形 波导具 有 功率容 量 大 、 损耗 小 、 无 辐射 损 耗、 结构 简单 、 Ｑ值 高 的 特 点¨ Ｊ ， 因此 在 微 波 毫 米 波 电 路 和系统 中被 广 泛应 用 ， 现在 大 多 毫 米 波 实验 设 备 的 输入 输 出端 口均 为波导 形式 。在 毫米波 电路 和 系统 中 经常 需要 进行 这两 种传 输线形 式 的转换 ， 因此 ， 波导 到 微带 过 渡结构 性 能 的优 劣成 为影 响 系统性 能 的关 键 。
波导到微带转换电路 设计报告
波导到微带转换电路学生姓名：学号：单位：时间:2010年5月6日一、技术指标：请设计一只Ka波段波导到微带转换电路。
其技术指标要求如下：工作频率：26.5~40GHz输入/输出驻波比：<1.2dB插入损耗：<1.0dB二、理论分析目前常用的微带－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。
本课题采用的是E面探针过渡，下面详细介绍本课题中的微带－波导过渡设计方法。
图1 H面探针图2 E面探针微带—波导过渡的构成形式如图3所示，探针从波导宽边的中心插入，任一个沿探针方向具有非零电场的波导模将在探针上激励起电流。
探针附近被激励起的高次模存储无功功率的局部场，使接头具有电抗性质。
由于探针过渡具有容性电抗，一段具有感性电抗的高阻线被串联在探针过渡器后面，以消除容性电抗，然后利用四分之一阻抗变换器实现与混频电路内微带传输线的阻抗匹配。
对微带－波导过渡性能有较大影响的电路参数共5个，由表1列出。
探针插入处波导开窗的大小对性能也有一定影响，在设计时可先将其确定。
一般的原则是开窗越小越小越好，以形成截止波导。
探针距波导终端短路面的长度D我们取四分之波导波长,因为终端短路后，波导内形成驻波，波节间距离为二分之波导波长，取四分之波导波长的短路长度，可以保证探针在波导内处于最大电压，即电场最强的波腹位置，以达到尽量高的耦表1影响微带-波导过渡性能的参数三、设计过程：确定中心频率为大气窗口35GHz，频段为26.5GHz到40GHz。
确定矩形波导尺寸、基板的材料和尺寸以及微带金属条带的初始尺寸并建立模型。
此处采用WR-28标准矩形波导，尺寸为7.112mm*3.556mm，基板材料选用Rogers5880型基片，厚度为0.254mm，相对介电常数为2.2，微带金属条带厚度为0.035mm，由ADS中LineCalc 计算得中心频率35GHz处50欧姆微带线宽度为0.754mm。
双脊波导和微带转换 -回复
双脊波导和微带转换-回复双脊波导和微带转换是无线通信中常用的两种传输线。
它们各有特点，在不同场景下有着广泛的应用。
本文将详细介绍双脊波导和微带转换的原理、特点以及应用，帮助读者全面了解这两种传输线。
首先，我们来介绍双脊波导。
双脊波导是一种层状传输线结构，在大规模集成电路和微电子器件中广泛应用。
它由一层导电材料的上下两个区域夹着一层绝缘材料构成。
通过在导电层上加上两条脊线，形成了一个双脊结构。
双脊波导可以传输高频信号，具有优异的线性和非线性特性。
双脊波导的工作原理是利用电磁波在导电层中传播的方式进行信号传输。
电磁波通过脊线和导电层之间的介质进行耦合，进而在导电层中传输。
双脊波导的传输损耗很低，能够有效地减少信号的衰减。
此外，双脊波导的结构紧凑，能够实现高度集成的电路设计。
双脊波导在微波设备和光纤通信系统中的应用非常广泛。
它可以用于实现高速、低噪声的放大器和滤波器设计，同时还可以用于电子线路的布线和连接。
双脊波导还在毫米波、太赫兹和光子学等领域有着重要的应用，为这些领域的研究和开发提供了有效的工具。
接下来，我们将介绍微带转换。
微带转换是一种常用的信号传输和耦合方式，在微波和射频电路中广泛应用。
它由两个导电层和一个介质层构成。
其中一个导电层是微带线的信号传输层，另一个导电层用于对地。
介质层则用于隔离和支撑两个导电层。
微带转换的工作原理是通过电磁场在导电层和介质层之间的耦合来实现信号传输。
当电磁波通过微带线时，会在介质层和地层之间形成一种特殊的电场和磁场分布，从而实现信号传输。
微带转换具有结构简单、方便制作、易于集成等优势，在微波通信和射频领域得到广泛应用。
微带转换主要用于实现微波网络中的阻抗匹配和信号耦合。
它可以用于天线设计、滤波器设计、功率分配和噪声耦合等方面。
此外，微带转换还广泛应用于微波电路板和集成电路设计，为无线通信和射频电子设备提供了重要的技术支持。
综上所述，双脊波导和微带转换是两种常用的传输线。
Ka波段波导-微带转换电路
Ka 波段波导-微带转换电路摘 要:本文在了解矩形波导、微带线的传输理论及分析了Ka 波段波导-微带转换电路的特性后，利用HFSS 仿真软件对它进行仿真并优化，设计出了Ka 波段波导-微带转换电路。
满足实验要求：在Ka 频段26.5GHz~40GHz 内的输入/输出驻波比≤1.2，插入损耗≤1.0dB 。
关键词：Ka 波段，微带线，矩形波导，HFSS ，转换电路Abstract ：After the understanding about the transmission theory of rectangular waveguide and micro-strip line and the analysis of the speciality of Ka-band waveguide micro-strip transform circuit, this paper will design the Ka-band waveguide micro-strip transform circuit by the simulation and optimization of HFSS. It meets the requirements: the input/output standing wave ratio is 1.2 within the Ka frequency range 26.5GHz~40GHz and the insertion loss is 1.0dB.Key word ：Ka-band ，Micro-strip, Waveguide, HFSS , Transform circuit1. 引言波导-微带转换电路是各种雷达、通讯、电子对抗等系统中最重要的一种无源转接过渡，又是各系统的重要组成部分，它性能的好坏直接影响系统的性能。
随着微波集成电路的发展，微带线又是微波、低频段毫米波电路的主要传输线，而实现波导-微带的过渡就成了人们日益关注的问题。
Ka波段波导-微带转换电路
Ka 波段波导-微带转换电路摘 要:本文在了解矩形波导、微带线的传输理论及分析了Ka 波段波导-微带转换电路的特性后，利用HFSS 仿真软件对它进行仿真并优化，设计出了Ka 波段波导-微带转换电路。
满足实验要求：在Ka 频段26.5GHz~40GHz 内的输入/输出驻波比≤1.2，插入损耗≤1.0dB 。
关键词：Ka 波段，微带线，矩形波导，HFSS ，转换电路Abstract ：After the understanding about the transmission theory of rectangular waveguide and micro-strip line and the analysis of the speciality of Ka-band waveguide micro-strip transform circuit, this paper will design the Ka-band waveguide micro-strip transform circuit by the simulation and optimization of HFSS. It meets the requirements: the input/output standing wave ratio is 1.2 within the Ka frequency range 26.5GHz~40GHz and the insertion loss is 1.0dB.Key word ：Ka-band ，Micro-strip, Waveguide, HFSS , Transform circuit1. 引言波导-微带转换电路是各种雷达、通讯、电子对抗等系统中最重要的一种无源转接过渡，又是各系统的重要组成部分，它性能的好坏直接影响系统的性能。
随着微波集成电路的发展，微带线又是微波、低频段毫米波电路的主要传输线，而实现波导-微带的过渡就成了人们日益关注的问题。
微带-波导转换教材
波导-微带转换电路刘云生201222040512设计目的：设计一只Ka波段波导到微带转换电路。
其技术指标要求如下：工作频率：26.5~40GHz输入/输出驻波比：<1.2插入损耗：<1.0dB一、设计思路微带探针转换是目前应用最为广泛的波导-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。
图1和图2中所示为常用微带探针转换结构图，我们采用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1L，探针和微带变换器各自宽度,1s s，波导的微带插入处到波导短路处的距离L，得到满足指标的结果。
图1 H面微带探针转换结构图图2 E面微带探针转换结构图二、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0.77，如图3所示。
Sx mm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=）。
包围空气=，相对介电常数 2.2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,1s 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。
三、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。
双脊波导和微带转换
双脊波导和微带转换
双脊波导和微带线（Microstrip Line）是微波和射频领域中用于传输电磁波的两种不同的传输线结构。
微带转换通常是指将信号从微带线传输到双脊波导或从双脊波导转换到微带线的过程。
双脊波导（Double Ridge Waveguide）：
* 结构：双脊波导是一种中空的波导结构，具有两个脊（ridge），脊之间有中空区域，通常用于传输高频电磁波。
* 优点：双脊波导能够支持宽带传输，对于高频和毫米波应用具有一定的优势。
* 应用：在毫米波通信、雷达系统和天线设计等领域中常见。
微带线（Microstrip Line）：
* 结构：微带线是一种在介质基板上的导电条带，通常在一面是导体，另一面是大地平面。
这种结构可以实现相对低成本、轻质、容易集成的设计。
* 优点：微带线结构适用于集成电路和板上系统设计，易于制造和集成。
* 应用：在微波和射频电路、天线、通信系统中广泛应用。
微带转换：
微带转换通常指的是设计用于在微带线和其他传输线（如双脊波导）之间进行信号转换的元件。
这些元件可以包括：
微带到波导过渡：设计用于将信号从微带线传输到波导的结构，以适应不同传输线的特性阻抗匹配。
波导到微带过渡：与上述相反，将信号从波导传输到微带线的结构，同样需要阻抗匹配。
微带到双脊波导过渡：用于将信号从微带线传输到双脊波导的设计。
这些过渡元件的设计需要考虑阻抗匹配、传输特性、频率响应等因素，以确保信号的有效传输和最小损耗。
在微波和射频系统中，过渡元件的设计是一项复杂而关键的工程任务。
基片集成波导与微带线的转换设计
基片集成波导与微带线的转换设计随着通信技术的发展，无线通信系统越来越广泛地应用于日常生活和工业生产中。
在无线通信系统中，波导和微带线是常见的传输介质。
波导是一种用于传输电磁波的管道，其优点是低损耗、高传输效率和较大的带宽，但是波导的制作成本较高，体积较大，无法直接集成于集成电路中。
而微带线是一种用于传输微波信号的导行线，在集成电路中易于制作和集成，但是其损耗较大，带宽较小，因此在实际应用中需要将波导与微带线进行转换。
波导与微带线的转换设计是无线通信系统中的重要环节，其设计需要考虑到传输效率、损耗、带宽和制作成本等多方面因素。
本文将重点介绍基片集成波导与微带线的转换设计。
基片集成波导与微带线的转换设计是指将波导和微带线集成在同一电路板上，并设计出高效的波导与微带线之间的转换结构。
基片集成波导与微带线的转换设计既可以利用波导的优点，又可以利用微带线的优点，从而在无线通信系统中取得更好的性能。
基片集成波导与微带线的转换设计主要包括以下几个方面：波导与微带线之间的传输结构设计、波导与微带线之间的阻抗匹配设计、波导与微带线之间的传输效率和损耗分析、基片集成工艺等。
首先，波导与微带线之间的传输结构设计是基片集成波导与微带线的转换设计的重要部分。
传输结构的设计需要考虑到波导与微带线的特性，并设计出合适的结构来实现波导与微带线之间的信号传输。
目前常用的波导与微带线之间的传输结构有耦合槽、耦合窗、天线和耦合结构等，这些结构的设计需要考虑到波导与微带线的工作频率、阻抗匹配和传输效率等因素。
其次，波导与微带线之间的阻抗匹配设计是基片集成波导与微带线的转换设计的关键环节。
阻抗匹配设计需要将波导与微带线的阻抗进行匹配，从而实现波导与微带线之间的高效能量传输。
阻抗匹配设计需要考虑到波导与微带线的特性、工作频率、波导结构和微带线结构等因素。
第三，波导与微带线之间的传输效率和损耗分析是基片集成波导与微带线的转换设计的重要内容。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
波导-微带转换电路设计
姓名：学号：
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：
26.00
28.00
30.00
32.00
34.00
36.00
38.00
40.00
Freq [GHz]
-0.40
-0.20
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
Y 1
HFSSDesign1
XY Plot 1
ANSOFT m1
m2m4
m5
m3
Curve Info dB(S(2,1))
Setup1 : Sw eep VSWR(1)Setup1 : Sw eep VSWR(2)Setup1 : Sw eep
Name
X
Y
m126.5000 1.0978m226.5000 1.1797m3
29.2810-0.2966m440.0000 1.1485m5
40.0000 1.1861
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。