CN104241803A - 一种siw环行器中心结与50欧姆微带线的匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微波器件技术领域，尤其涉及一种SIW环行器中心结与50欧姆微带线的匹配方法。将抛物线匹配方式应用在环形器中心结与外部50欧姆微带电路间达到良好匹配。该抛物线匹配连接着基片集成波导与微带线，使基片集成波导上表面导体层侧面按照抛物线型过渡到微带的导带。这样的匹配方式，展宽了带宽，获得了良好的插入损耗，降低了回波损耗，与传统匹配电路相比，缩短了匹配电路长度，促进了器件小型化。

Description

一种SIW环行器中心结与50欧姆微带线的匹配方法

技术领域

本发明涉及微波器件技术领域，尤其涉及一种SIW环行器中心结与50欧姆微带线的匹配方法。

背景技术

高频率环行器在军事上的雷达及微波多路通信系统中应有非常广泛。随着现代技术的发展，军用器件对于小型化、轻型化、高功率、高性能的要求越来越高。传统的环形器技术如带状线环行器和微带环行器已经不能满足这些要求。基片集成波导(SIW)作为一种新兴的传输线，它既具有矩形波导高品质因数、低损耗、以及相对较高的功率容量，又具有微带线体积小、易于集成化的优点，因而SIW传输线在微波、毫米波环行器中得到广泛应用。

为了方便SIW与其它电路的集成，通常要采用50欧姆微带线与SIW匹配连接。其常规性能参数要求：插入损耗即插损越小越好，回波损耗即对反射信号的衰减越大越好，温度范围即使用有效使用范围越宽越好，驻波比即电路的匹配程度越小越好，频率范围即有效使用范围越宽越好。常用的匹配方法有线性渐变微带线、单节或多节1/4波长的微带线和切比雪夫渐变微带线匹配；这些方法存在匹配电路相对偏长，与实现器件的小型化相矛盾。且从这些匹配的S参数反应出，相同频率范围内，驻波比要达到1.02，插入损耗要达到-0.5dB时，以上几种匹配方式中，切比雪夫渐变最短。如何做到插损更小、回波损耗更大、温度范围更宽、驻波比更小和频率范围更宽成为本领域的一个研究热点。

发明内容

针对上述存在问题或不足，本发明提供了一种SIW环行器中心结与50欧姆微带线的匹配方法。

其技术方案是：

1、根据环行器工作中心频率，得出基片集成波导宽度W；

2、以基片集成波导端口方向为x轴，垂直方向为y轴，则连接基片集成波导与50欧姆微带线的匹配段微带线侧面曲线方程为：y＝a·x²+b，计算出各端口连接基片集成波导处的微带线宽度W1，50欧姆微带线导带宽度W2；

3、根据传输线理论得到匹配出反射系数方程为 $\begin{array}{c}\mathrm{\Γ}=\frac{1}{2}{\∫}_{x=0}^L{e}^{-2\mathrm{j\βx}}\frac{d}{\mathrm{dx}}\mathrm{Ln}\left(\frac{x}{Z_0}\right)\mathrm{dx}\\ Z_0=50\mathrm{\Ω}\end{array},$ Z⁰代表50欧姆微带线阻抗值，调节匹配线L的长度至反射系数Γ取得最佳值，此时回波损耗与插入损耗最低，达到最好匹配结果，带入此时的L值，可以得到匹配段微带线侧面曲线方程为

4、根据方程调节L长度，得到最佳值。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、该匹配方式的应用减小了匹配电路的长度，使得器件更加小型化。

2、使得端口回波损耗小，插入损耗低。

附图说明

图1为36GHz环行器结构；

图2为抛物线坐标轴；

图3为端口一和端口二SIW到微带匹配电路结构；

图4为端口三SIW到微带匹配电路结构；

图5为8mm环行器性能。

具体实施方式

8×8mmKa波段环行器设计，工作中心频率为36GHz，插入损耗达到-0.35dB，回波损耗小于-25dB，隔离度小于-25dB,中心结与50欧姆微带线匹采用抛物线方式，带宽达到2GHz。

实施例：

8mm环行器工作在Ka波段中心频率为36GHz，三个端口组成T型结构如图1所示，每个端口都采用抛物线匹配，端口一与端口二对称。

1、根据环8mm行器工作中心频率，计算仿真得出基片集成波导宽度W＝3.85mm。2、在端口一、端口二中，计算出连接基片集成波导处的微带线宽度W1＝1.79mm。3、在端口一与端口二中，计算50欧姆微带线导带宽度W2＝1.18mm。

4、在端口一与端口二中，计算匹配线长度L，抛物线匹配方程为：

$y=-\frac{0.305}{L^2}{x}^2+0.895$

根据这个方程，调节L长度，得到最佳

L＝0.7mm

其结构如图3所示

5、在端口三中，计算出计算出连接基片集成波导处的微带线宽度W1＝1.78mm

6、在端口三中，计算50欧姆微带线导带宽度W2＝1.22mm。

7、在端口三中，计算匹配线长度L，抛物线匹配方程为：

$y=-\frac{0.28}{L^2}{x}^2+0.89$

根据这个方程，调节L长度，得到最佳

L＝0.4mm。

其结构如图4所示.

上述抛物线应用，计算得到8mm环行器的性能如图5所示，带宽达到2GHz时，插入损耗小于0.35dB，回波损耗与隔离都大于25dB。

8mm环行器工作在Ka波段中心频率为36GHz，三个端口组成T型结构如图1所示，每个端口都采用抛物线匹配。

经过计算仿真要取得最好性能，可以得到W＝3.85mm。

端口一与端口二相互对称，其中，W1＝1.79mm，W2＝1.18mm，L＝0.7mm。

抛物线方程为：

y＝-0.622x²+0.895

其结构如图3所示。

端口三中，W1＝1.78mm，W2＝1.22mm，L＝0.4mm。

抛物线方程为：

y＝-1.75x²+0.89

其结构如图4所示.

上述抛物线应用，计算得到8mm环行器的性能如图5所示，带宽达到2GHz时，插入损耗小于-0.35dB，回波损耗与隔离都大于-25dB。

Claims (2)

1.一种SIW环行器中心结与50欧姆微带线的匹配方法，其具体步骤为：

步骤一、根据环行器工作中心频率，得出基片集成波导宽度W；

步骤二、以基片集成波导端口方向为x轴，垂直方向为y轴，则连接基片集成波导与50欧姆微带线的匹配段微带线侧面曲线方程为：y＝a·x²+b，计算出各端口连接基片集成波导处的微带线宽度W1，50欧姆微带线导带宽度W2；

步骤三、根据传输线理论得到匹配出反射系数方程为 $\begin{array}{c}\mathrm{\Γ}=\frac{1}{2}{\∫}_{x=0}^L{e}^{-2\mathrm{j\βx}}\frac{d}{\mathrm{dx}}\mathrm{Ln}\left(\frac{x}{Z_0}\right)\mathrm{dx}\\ Z_0=50\mathrm{\Ω}\end{array},$ Z⁰代表50欧姆微带线阻抗值，调节匹配线L的长度至反射系数Γ取得最佳值，此时回波损耗与插入损耗最低，达到最好匹配结果，带入此时的L值，可以得到匹配段微带线侧面曲线方程为

步骤四、根据方程调节L长度，得到最佳值。

2.如权利要求1所述SIW环行器中心结与50欧姆微带线的匹配方法，其特征在于：应用于三个端口组成的8mmT型环形器，在Ka波段中心频率为36GHz，得到两个直端口W1＝1.79mm，W2＝1.18mm，L＝0.7mm，抛物线方程为y＝-0.622x²+0.895，非直端口W1＝1.78mm，W2＝1.22mm，L＝0.4mm，抛物线方程为y＝-1.75x²+0.89。