05_微带波导转换例子
微波技术 第四章 微带和表面波波导
同轴线
扁带同轴线
带状线
3
Microwave Engineering:stripline & microstrip
WBJS
带线
带状线具体结构
– 两块相距为b的接地板，中间放入宽w，厚t的导体，中间填入均匀 的介质。
Microwave Engineering:stripline & microstrip
25
WBJS
特性阻抗的闭式
特性阻抗
– 空气微带Zc0的精确解由Wheeler给出，闭式解由Gupta给出 – Gupta的工作分为分析和综合两大部分 – 1.分析工作(Z01=Zc )
分析问题
求解 Z01 , e
已知 W / h, r
60 h W Zc ln 8 0.25 h e W 1 2 r 1 r 1 h W 1 12 0.04 1 e 2 2 W h
1
W k th , 2b 1 1 ln 2 K (k ) 1 K (k ) 1 1 ln 2 1
0≤k≤0.7 0.7≤k≤1
Microwave Engineering:stripline & microstrip
1/ 2
r 1 0.11 0.23 r 1 r
Microwave Engineering:stripline & microstrip
10
WBJS
特性阻抗的闭式
2 x m 2 1 3 1 x t x b
上述公式对于范围W/(b-t)<10 ，精度可达0.5%
射频电路课程设计或者微波电路课程设计报告——波导微带转换电路设计报告
波导到微带转换电路一、技术指标要求：工作频率：26.5~40GHz输入/输出驻波比：<1.2插入损耗：<1.0dB二、理论分析：现在波导到微带的转换电路一般采用E面或H面插入探针的办法实现。
本设计做的是H面探针的模型仿真。
仿真模型如下图1所示：矩形波导的主模是TE模，电场在宽边的中心处达到最大值，所以将微带探针从10宽边中心插入波导，这样波导中的场将在探针上尽可能大的激励起电流。
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。
通过仿真发现对转换电路影响较大的参量有6个，分别是：探针长度L1，探针宽度W1，开口面大小（宽d，高h），高阻抗线长度L2，高阻抗线宽度W2，短路面离探针的距离D。
由于短路面为电壁，所以在短路面的四分之一波长处的电场有最大值，设计时将D取为四分之一波长。
三、设计过程：本设计中心频率取工作的两边界和的一半大约为33GHZ，工作频段为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0.05mm，通过阻抗软件计算得出50欧姆微带线在33GHZ的宽度为0.75mm。
波导开口面的大小对电路的性能有一定的影响，为了抑制高次模又较好的实现匹配这里取开口面宽边d为1.8mm高h为1mm。
探针的尺寸先设置初始值在通过HFSS仿真优化得出长度L1=1.79mm，宽度W1=0.8mm，厚度取0.05mm。
高阻抗线长度L2=0.5mm，宽度W2=0.3mm，厚度取0.05mm。
短路面至探针的距离经计算得D=2.28mm。
整个波导的长度取为13.28mm。
四、设计结果及存在问题分析：从下图S21的曲线图可以看出在26.5GHZ-40GHZ频段S21的大小都小于0.065Db,信号能很好的传输满足插损要求。
微带转波导_二分之一波长_概述及解释说明
微带转波导二分之一波长概述及解释说明1. 引言1.1 概述本文将对微带转波导以及二分之一波长特性进行概述和解释说明。
微带转波导作为一种重要的高频电磁场传输结构，广泛应用于通信、雷达、卫星通信、医疗和生物传感器等领域。
而二分之一波长在微带转波导中具有特殊的应用价值和优势。
1.2 文章结构本文将按照以下结构进行论述：第一部分为引言，简要介绍本文的概要和目标；第二部分将给出对微带转波导的定义和原理的详细阐述；第三部分将深入探讨二分之一波长的特性，并阐明其在微带转波导中的应用；第四部分将总结并解释微带转波导技术在通信、雷达、卫星通信以及医疗和生物传感器领域中的应用领域；最后，我们给出文章的结论，并提出进一步研究建议。
1.3 目的本文旨在系统介绍微带转波导和二分之一波长，在读者了解基本原理并深入理解应用领域后，为相关领域的研究者和工程师提供指导意见和启示。
通过对该技术的深入了解，读者将能够更好地应用微带转波导和二分之一波长，推动相关技术的发展和创新应用。
2. 微带转波导的定义和原理：2.1 微带线的概念:微带线是一种具有平面形状的传输线结构，由一层介质基板和金属箔片组成。
其基本结构如下：在一个绝缘基底上布满了金属片。
微带线具有宽度、长度和厚度三个方向的尺寸，通常宽度远大于厚度。
2.2 转波导的概念:转波导是指将微带线连接至其他类型的传输线或者天线时所采用的过渡结构，以实现不同类型传输特性之间的转换。
转波导可以通过多种方式实现。
2.3 微带转波导的原理:微带转波导是指在电磁学中，在微带线与其他传输线或天线进行连接时所引入的转换结构。
它通过控制电场、磁场和表面等离子体等因素来改变相位和幅值特性，从而实现信号在不同传输介质中的平滑过渡。
微带转波导技术主要包含以下几个方面：- 能够降低杂散回波: 微带转波导能够有效地减少反射损耗，提高传输效率。
通过在转换结构中引入阻抗匹配和反射抑制技术，可以实现最小化的反射功率。
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。
波导带通滤波器与微带转换装置的设计
波导带通滤波器与微带转换装置的设计陈宪龙;罗勇【摘要】A K-band E-plane bandpass waveguide filter with seven-order inductance and a waveguide-tcrmicrostrip transition are designed using HFSS, a three-dimensional simulation software. The bandpass waveguide filter has 19 GHz center frequency, 3 GHz bandwidth, 0. 1 dB inband transmission loss, and less than-20 dB reflection coefficient. And the port reflection coefficient contributed by the waveguide-to-microstrip transition is less than-20 dB from 16 GHz to 20. 8 GHz bandwidth, and inband transmission loss is less than 0. 1 dB. Then the combination of the filter and the transition covers bandwidth from 17. 5 GHz to 20. 5 GHz in which in'uand transmission loss is less than 0. 3 dB, port reflection coefficient is less than-15 dB, out-of-band rejection is less than-30 dB, which meets the demands of the real system.%利用三维仿真软件HFSS首先设计了K波段7阶电感E面带通波导滤波器,以及波导-微带转换器.其中波导滤波器的中心频率为19 GHz,带宽为3 GHz,带内损耗小于0.1 dB,端口反射小于-20 dB;而波导-微带的转换器在16～20.8 GHz的带宽内端口反射小于-20 dB,带内损耗小于0.1 dB.然后将两者有效结合为一体,其工作带宽为17.5～20.5 GHz,带内损耗为0.3 dB,端口反射小于-15 dB,带外抑制小于-30 dB,可以满足实际系统应用的需求.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)021【总页数】3页(P68-70)【关键词】波导;带通滤波器;微带;波导-微带转换器【作者】陈宪龙;罗勇【作者单位】电子科技大学物理电子学院,四川成都 610054;电子科技大学物理电子学院,四川成都 610054【正文语种】中文【中图分类】TN814-340 引言随着毫米波技术在现代无线通信系统中的广泛应用，对各种高性能毫米波集成电路的需求也日益增长。
共面波导至微带线的过渡结构的确定方法及过渡结构
共面波导至微带线的过渡结构的确定方法及过渡结构一、什么是共面波导和微带线呀。
共面波导和微带线都是在电子学领域里超级重要的东西呢。
共面波导就像是电子信号的一种特殊通道，它的特点就是导体和接地平面在同一平面上，就像住在同一层楼的邻居一样方便信号传输。
微带线呢，也是一种传输线，它是由介质基板上的导体带和接地板组成的，这俩在电路里可都是“大忙人”，很多电子设备都离不开它们。
二、为啥要有过渡结构。
这是因为共面波导和微带线虽然都很厉害，但是它们俩就像两个性格不太一样的小伙伴。
共面波导的信号传输方式和微带线有差异，当我们想要在一个电路里让共面波导的信号顺利跑到微带线里去玩，就需要一个过渡结构来当“翻译官”和“协调员”啦。
要是没有这个过渡结构，信号可能就会迷路或者是在传输过程中变得乱糟糟的，就像小朋友没有大人带着过马路会很危险一样。
三、过渡结构的确定方法。
1. 理论计算法。
- 这就像是在做数学题一样。
我们要根据共面波导和微带线的一些特性参数，像阻抗啦、传播常数之类的来计算。
比如说，我们知道共面波导的特征阻抗和微带线的目标阻抗，就可以通过一些复杂的公式来算出过渡结构应该怎么设计才能让阻抗匹配得刚刚好。
这就好比我们要给两个人安排座位，要根据他们的身高、体型来找到最合适的椅子一样。
不过这些公式可有点难，要很小心地计算呢。
2. 仿真软件法。
- 现在有好多超酷的仿真软件可以用哦，像ADS（Advanced Design System）之类的。
我们可以在软件里把共面波导和微带线还有想要设计的过渡结构都画出来，然后设置好各种参数，像频率范围、材料特性等。
软件就会像一个超级智能的小助手一样，模拟信号在这个结构里的传输情况。
如果发现信号传输不好，比如说有反射或者损耗太大，我们就可以调整过渡结构的形状、尺寸之类的，直到得到满意的结果。
这就像是玩搭积木，搭得不好看或者不稳定就重新调整一下积木的位置。
3. 实验测试法。
- 这可是最直接的办法啦。
V波段微带-波导过渡设计
V波段微带-波导过渡设计张运传;刘志红【摘要】本文介绍了一种应用于汽车防撞雷达收发前端测量的V波段微带-波导过渡设计.利用高频仿真软件HFSS对过渡结构进行了仿真优化并进行了实物制作.对过渡进行了测试并和仿真结果进行了对比分析.结果表明该过渡可以满足实际测试需求.【期刊名称】《中国电子科学研究院学报》【年(卷),期】2019(014)002【总页数】3页(P203-205)【关键词】V波段;微带-波导过渡;防撞雷达;仿真优化【作者】张运传;刘志红【作者单位】华东电子工程研究所,安徽合肥230031;华东电子工程研究所,安徽合肥230031【正文语种】中文【中图分类】TN4020 引言随着毫米波技术的日益发展，单片微波集成电路(MMIC)的使用越来越广泛。
在毫米波集成电路中，微带线是一种十份重要的传输形式，各个单片器件的之间的连接主要使用微带线。
而在远距离传输及毫米波测试系统中，具有插入损耗小、Q值高等特点的金属波导被经常使用。
因此在毫米波电路和系统中迫切需要解决微带线到波导的转换问题[1]。
实现微带到波导的转换主要有探针过渡[2]、脊波导过渡[3]、对脊鳍线过渡等[4-5]。
脊波导过渡加工相对复杂，而对脊鳍线过渡要产生一系列的谐振模式，如果谐振频率落在其相连的微波电路工作频率范围内，微波电路将不能正常工作。
本文从应用实际出发，对三种过渡结构进行了比较，最终采用探针方式设计了一款微带-波导转换结构，并进行了实物测试，测试结果满足指标要求。
1 波导微带探针原理分析波导微带探针是从波导同轴探针发展而来，微带探针一般通过波导宽边的孔插入波导腔内，通过一段起耦合作用的微带线把波导中的能量耦合到微带中，该结构具有损耗低、驻波小、带宽较宽、加工方便、结构紧凑等特点。
微带-波导探针一般有两种形式：E面探针，微带探针平面和波导内的电磁波传输方向平行；H面探针，微带探针平面和波导内的电磁波传输方向垂直。
在矩形波导中离探针四分之一波长的短路面保证探针在波导内处于最大电压，也即电场最强位置。
一种Ku波段波导-微带转换器的研制
一种Ku波段波导-微带转换器的研制宋志东;康颖【摘要】本文利用三维高频仿真软件HFSS设计并分析了中心频率为15GHz的波导一微带过渡结构。
这种结构的输入输出是直通方向的，与以往的波导-微带过渡结构相比，这种结构体积小、气密性好、更利于小型化。
根据测试结果，设计的过渡结构在13GHz-17GHz频率范围内有良好的性能，插入损耗小于0．5dB，端口驻波系数小于1．35。
%A ku-band waveguide to microstrip transition structure with 15GHz of central frequency is designed and analyzed by using 3-dimensional high frequency simulation software （HFSS）. In this transition structure, the waveguide and microstrip line are connected in a straight line. Comparing with the former waveguide to microstrip transit structure, this structure is featured with small size and good airtightness, and is benefit to miniaturization. On basis of tested results, the designed transit structure has perfect performance within 13GHz-17GHz of frequency range, its insertion loss is less than 0. 5dB, and the port standing wave ratio is less than 1.35.【期刊名称】《火控雷达技术》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】4页(P78-80,86)【关键词】脊波导;波导-微带过渡;气密性【作者】宋志东;康颖【作者单位】西安电子工程研究所,西安710100;西安电子工程研究所,西安710100【正文语种】中文【中图分类】TN8141 引言采用微带的毫米波集成电路往往都必须包含波导——微带过渡接口。
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-40.00
-50.00 70.00 75.00 80.00 85.00 90.00 Freq [GHz] 95.00 100.00 105.00 110.00 115.00
4-22
优化变量
4-23
பைடு நூலகம் 习题
请你设计一个Ku波段的微带波导转换电路，波导规 格R140，尺寸axb=15.7988x7.8994mm。微带使用 Fr4材料，0.508mm厚。要求覆盖整个波导工作频 率范围 11.9-18GHz。
4-24
谢谢！！
4-25
微带基板：Rogers RT/duroid 5880 Εr=2.2；tanδ=0.0009 H=0.127mm; t=0.018mm
4-5
综合50欧姆线宽
4-6
某同学建立的仿真模型
4-7
模型中材料设置
4-8
模型中端口设置
端口1 波端口 1个模式
端口2 波端口 1个模式
4-9
模型中边界设置
空气盒上盖 设为辐射边 界。
4-10
模型中波导开孔
1.5mm
0.4mm
4-11
模型中存在的问题
未利用对称性；
计算时间与网格数量N的平方成正比。利用对称性可以使 网格的数量减少一半。 使用有耗材料，场量的矩阵元素为复数。使用理想材料场 量的矩阵元素为实数。
介质基板使用有耗材料；
端口2有多个模式可以传播；
有高次模式可以传播，端口未设置（端口2模式数为1）。 致使高次模在端口全反射。
微带厚度不为零； 波导开孔过大（致命错误）。
波导开孔一定要保证在整个工作频率范围内波导开孔中除 微带工作模式-准TEM模之外，所有的高次模式都不能传 播。并且，这些高次模在波导开孔中要有足够的衰减（大 于20dB）。
4-12
波导开孔宽度与高次模单位长度衰减
计算端口1高次模的衰减/mm（a1是开口宽度 ,f=112GHz）。
单位长度衰减 约为15dB
4-13
波导与高次模的耦合
a1是开口宽度，f=112Ghz，L0=2mm。保证波导中 的能量绝大多数耦合到微带中。
每毫米耦合小 于-20dB
4-14
频率高端插损随开口宽度变化
横向尺寸突变
4-16
优化用仿真模型
微带用理想 导体(PEC) ； 介质基片用 无耗介质( Εr=2.2； tanδ=0); 空气介质用 真空 (Vacuum).
4-17
优化模型边界设置
4-18
优化模型边界设置
端口2 波端口 1个模式
端口1 波端口 1个模式
4-19
选择优化变量
Ansoft LLC
0.00
XY Plot 2
Prob_3
-0.50
-1.00
dB(S(2,1))
-1.50
Curve Info dB(S(2,1)) Setup1 : Sw eep1 a1='1mm' dB(S(2,1)) Setup1 : Sw eep1 a1='1.1mm' dB(S(2,1)) Setup1 : Sw eep1 a1='1.2mm'
微带波导转换
电子科技大学 贾宝富
4-1
设计目标
W波段微带波导转换 工作频率：73.8-112GHz 端口反射： ≤-30dB 插入损耗： ≤1ddB
4-2
W波段波导
波导型号：WR-10 a×b=2.54mm×1.27mm
4-3
中心频率1/4波导波长
4-4
微带介质基片
W1
W1 L1
S1 S2
4-20
设置优化目标/选择优化器
4-21
优化结果
Ansoft LLC
0.00
XY Plot 1
Prob_1
Curve Info
-10.00
dB(S(1,1)) Setup1 : Sw eep1 dB(S(2,1)) Setup1 : Sw eep1
-20.00
Y1
-30.00
-2.00
-2.50
-3.00 70.00 75.00 80.00 85.00 90.00 Freq [GHz] 95.00 100.00 105.00 110.00 115.00
4-15
波导开口的原则
当波导开口的横 向尺寸变小以后 ，波导中边壁横 向尺寸的突变会 带来额外的反射 。因此，横向开 口的尺寸也不是 越小越好。选择 的原则是不能传 播高次模，并对 高次模有足够衰 减的前提下越大 越好。