CN107528111A - 基于对脊鳍线的波导‑微带过渡电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于对脊鳍线的波导‑微带过渡电路，以水平基准线和垂直基准线的交点为圆心，通过调整设置在背面的半径为R2的半圆，设置在正面半径为R1、R3的四分之一圆对电路进行优化调整。使得其比传统方案具有更低的传输损耗，更高的回波损耗。

Description

基于对脊鳍线的波导-微带过渡电路

技术领域

本发明属于毫米波技术领域，具体为一种基于对脊鳍线的波导-微带过渡电路，涉及波导微带转换电路的低插入损耗，高回波损耗设计。

背景技术

随着半导体技术的高速发展，混合微波集成电路(HMIC)和单片微波集成电路(MMIC)在毫米波频段已经得到了广泛应用。很多单片集成电路均采用微带线作为连接媒质和传输线，而现有的毫米波设备和测试系统大多是以标准的矩形波导作为信号的输入输出接口，因此需要完成电磁信号在不同传输媒介之间的转换，即波导－微带转换，这种转换既要完成两种不同传输模式的转换，又要完成不同特性阻抗线之间的阻抗变换，使得信号能够顺利传输。对转换电路的要求主要是传输损耗低，回波损耗高，设计方便，装卸容易。介绍了一种新型对脊鳍线的设计方案，和传统方案相比较引入了更多的调谐变量，这种设计可以在更宽频带范围内实现更好的过渡特性。完成极低的插入损耗和高回波损耗。

现有的毫米波波导-微带过渡一般应用于微波系统前端，对于要求苛刻的微波系统0.1dB的差损改善都是需要争取的，通过在传统的毫米波波导-微带过渡中引入更多的调谐变量使得其在更宽的带宽具有更好的指标。

对脊鳍线的波导-微带过渡电路被广泛用于天线与T/R组件互联上，现有的文献通常认为图1区域1为调谐区域，其目的是使腔体谐振频率远离过渡带，例如中电十三所孙静在宇航计测技术中发表的论文“W波段对脊鳍线过渡的波导微带转换设计”中将区域1半径为R1的半圆定义为防谐振片，但是本发明中认为区域1不仅可以起到调谐作用还能起到阻抗匹配作用，发明中通过增加区域1中的变量，使得毫米波波导微带过渡获得更高性能。

发明内容

要解决的技术问题

为了提高现有技术中波导-微带过渡电路的回波损耗和插入损耗，本发明提出一种基于对脊鳍线的波导-微带过渡电路。

技术方案

一种基于对脊鳍线的波导-微带过渡电路，其特征在于包括介质基板，介质基板位于波导之间，将波导一分为二，介质基板被分为3个部分，位于波导壁两侧的部分和波导内的部分，波导壁两侧设有金属过孔；在波导内的部分正面设有脊鳍线过渡结构，由鳍线转化为50欧姆线，在鳍线的终点往下的垂直基准线和波导壁所在的水平基准线的交点处设有一个半圆，半圆的半径为R2，半圆外设有一个半径为R1的四分之一圆；在波导内的部分背面对称的设有脊鳍线过渡结构，以R1的圆心对应于背面的位置处为圆心，在R1的对面设有半径为R3的四分之一圆，其中R2<R3<R1，通过调节R1、R2、R3使电性能达到最优。

所述的介质基板为RT/duriod5880基片，厚度为0.127mm。

所述的脊鳍线过渡结构采用余弦平方渐变曲线：

式中：W(z)—鳍线缝宽度；b—波导窄边尺寸；w—50Ω微带线宽；z—距离起点的长度；L—鳍线过渡的长度。

所述的脊鳍线过渡结构也可以采用Spline曲线形式过渡。

有益效果

本发明提出的一种基于对脊鳍线的波导-微带过渡电路，传输损耗低，回波损耗高，设计方便，装卸容易。

附图说明

图1基于对脊鳍线的波导-微带过渡电路

图2HFSS中建立的基于对脊鳍线的波导-微带过渡的侧视图

图3使用传统方法设计的过渡仿真指标

图4本发明的W波段的波导-微带转换仿真结果

1-介质基板，2-接地孔，3-交点，4-垂直基准线，5-水平基准线，6-波导。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明结构将波导一分为二，将鳍线过渡电路放入上下波导之间，鳍线电路区域2、4被波导壁压死，区域3悬空。该作法是常规作法，不再赘述，详见图1。对传统的基于对脊鳍线的波导-微带过渡印制板中的区域1进行改进。如图1、2所示。以水平基准线5和垂直基准线4的交点3为圆心，通过调整半径为R2(背面)的半圆，半径为R1、R3(正面)的四分之一圆对电路进行优化调整。使得其比传统方案具有更低的传输损耗，更高的回波损耗。本发明的实质是认定区域1的功能作用包括调谐和阻抗匹配，通过引入更多的变量使得在毫米波甚至更高频段实现传输性能的更优表现。举例一种增加区域1变量的方案。可以根据具体的指标，工艺能力，频段，增加更多的变量。

一种对脊鳍线的波导-微带过渡的组成：一个被对脊鳍线过渡电路(见图1)一分为二的波导(见图2)。其中对脊鳍线过渡印制板的正反面覆铜电路在图1中可以清楚看到，1为介质基板，2是接地孔，对脊鳍线过渡结构采用经验公式(1)的余弦平方渐变曲线进行设计：

式中：W(z)—鳍线缝宽度；b—波导窄边尺寸；w—50Ω微带线宽；z—距离起点的长度；L—鳍线过渡的长度。此处为常规设计，也可以使用Spline曲线形式过渡。

接地孔2为了抑制波从波导截面缝隙处泄露。

区域1为本发明的重点。

选择RT/duriod5880基片，厚度0.127mm。

通过调整R1，R2，R3找到最合适的值，这里选择R1＝0.4mm，R2＝0.1mm，R3＝0.42mm。标准矩形波导，a＝2.54mm，b＝1.27mm，50Ω微带线金属条带的宽度w＝0.38mm。过渡的指标受到简便曲线长度的影响，在同样过渡长度的前提下该发明所使用的办法可以将指标加以提升，图3为使用专利提及办法前的仿真曲线，图3为使用专利提及办法后的仿真曲线。从图3、图4的仿真结果可以看出该方法使对脊鳍线波导-微带转换电路性能显著提升。图4通过仿真看出(90-100)GHz，插入损耗小于0.1dB，回波损耗大于21dB。具有传输损耗低，回波损耗高的优点。

另外R1，R2，R3的变化可以更加有效的调谐过渡电路，传统方案R1＝R3，实施例给出的方案多了将其区分后就多了一个调整变量，仿真结果可以看出在90-100GHz范围插入损耗小于0.1dB。在W波段低插入损耗的过渡将会大幅提升微波系统的性能。这也是该发明的主旨。一些以实现该目的的变形都应列为该发明的保护范围，如半圆变为方形、多边形、不规则图形，变量的增加等。

该实施例只是证明该方案可以实现低插入损耗，高回波损耗。并不局限于W波段，该方案适用于宽带毫米波波导-微带高性能传输。所举实施例给出的指标也不一定是最优的，如果引入更多的变量应该能令结果更优。

Claims (4)

1.一种基于对脊鳍线的波导-微带过渡电路，其特征在于包括介质基板，介质基板位于波导之间，将波导一分为二，介质基板被分为3个部分，位于波导壁两侧的部分和波导内的部分，波导壁两侧设有金属过孔；在波导内的部分正面设有脊鳍线过渡结构，由鳍线转化为50欧姆线，在鳍线的终点往下的垂直基准线和波导壁所在的水平基准线的交点处设有一个半圆，半圆的半径为R2，半圆外设有一个半径为R1的四分之一圆；在波导内的部分背面对称的设有脊鳍线过渡结构，以R1的圆心对应于背面的位置处为圆心，在R1的对面设有半径为R3的四分之一圆，其中R2<R3<R1，通过调节R1、R2、R3使电性能达到最优。

2.根据权利要求1所述的基于对脊鳍线的波导-微带过渡电路，其特征在于所述的介质基板为RT/duriod5880基片，厚度为0.127mm。

3.根据权利要求1所述的基于对脊鳍线的波导-微带过渡电路，其特征在于所述的脊鳍线过渡结构采用余弦平方渐变曲线：

<mfenced open = "" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>W</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>z</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mi>b</mi> <mo>-</mo> <mn>0.5</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mi>b</mi> <mo>+</mo> <mi>w</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mi>sin</mi> <mn>2</mn> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;pi;</mi> <mi>z</mi> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <mi>L</mi> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mn>0</mn> <mo>&amp;le;</mo> <mi>z</mi> <mo>&amp;le;</mo> <mi>L</mi> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>

式中：W(z)—鳍线缝宽度；b—波导窄边尺寸；w—50Ω微带线宽；z—距离起点的长度；L—鳍线过渡的长度。

4.根据权利要求1所述的基于对脊鳍线的波导-微带过渡电路，其特征在于所述的脊鳍线过渡结构也可以采用Spline曲线形式过渡。