摘要說(shuō)明

隨著微波和毫米波技術(shù)的快速發(fā)展，毫米波混合集成電路和單片集成電路已廣泛運(yùn)用于在雷達(dá)通信、制導(dǎo)等系統(tǒng)中。微帶傳輸線(xiàn)由于其尺寸較小，相對(duì)于金屬波導(dǎo)在設(shè)計(jì)上更為靈活，被廣泛的運(yùn)用在毫米波電路中。然而，毫米波實(shí)驗(yàn)儀器中的信號(hào)傳輸端口形式均為波導(dǎo)口結(jié)構(gòu)，因此完成波導(dǎo)與微帶電路間的轉(zhuǎn)換至關(guān)重要。常見(jiàn)的波導(dǎo)-微帶過(guò)渡技術(shù)主要有三種：脊波導(dǎo)形式過(guò)渡，探針形式過(guò)渡，以及對(duì)脊鰭線(xiàn)過(guò)渡。本文主要對(duì)探針形式過(guò)渡進(jìn)行了理論分析以及仿真設(shè)計(jì)。最后，選擇M波段E面探針過(guò)渡結(jié)構(gòu)使用HFSS仿真軟件進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果表明，該過(guò)渡結(jié)構(gòu)的回波損耗在50-75GHz內(nèi)優(yōu)于-20dB，插入損耗優(yōu)于-0.1dB，滿(mǎn)足了實(shí)際工程需用。

仿真應(yīng)用背景，案例全景圖文

隨著我國(guó)半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，單片微波集成電路（MMIC）以及混合微波集成電路（HMIC）在微波毫米波頻段已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。目前使用的毫米波測(cè)試系統(tǒng)大多是以矩形波導(dǎo)口作為信號(hào)輸入輸出端口，并且傳統(tǒng)的波導(dǎo)型喇叭天線(xiàn)相比封裝天線(xiàn)在增益等輻射性能上仍然具有一定的優(yōu)勢(shì)。為了完成天饋結(jié)構(gòu)與微帶電路之間的互聯(lián)，通常需要引入波導(dǎo)?微帶轉(zhuǎn)換電路。因此，完成電磁信號(hào)在這兩種不同媒介之間的轉(zhuǎn)換具有重要意義。同時(shí)，波導(dǎo)?微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的性能也決定了整個(gè)通信系統(tǒng)的性能。我們所設(shè)計(jì)的波導(dǎo)?微帶轉(zhuǎn)換電路的性能需要達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)：傳輸損耗小、在寬頻帶范圍內(nèi)進(jìn)行傳輸；易與后端電路互聯(lián)；裝配簡(jiǎn)單，具有良好的重復(fù)性。

HFSS建模如下圖：

如圖所示，M 波段波導(dǎo)微帶轉(zhuǎn)換采用 E 面探針過(guò)渡形式。模型采用 WR- 14 標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)作為毫米波信號(hào)輸入端口；采用介電常數(shù)為 2.2、厚度為 0.127mm的Rogers 5880 作為介質(zhì)基板。在高頻結(jié)構(gòu)仿真軟件 HFSS 中進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，并優(yōu)化參數(shù)。中心頻率設(shè)置為 62.5GHz，掃頻范圍為 50-75 GHz。波導(dǎo)端口入射的電磁波在波導(dǎo)短路面形成反射，與入射電磁波形成駐波。深入的微帶探針中心距離右側(cè)波導(dǎo)短路面約為四分之一波導(dǎo)波長(zhǎng)，讓插入的微帶探針處于駐波的波腹位置，此時(shí)可以獲得最強(qiáng)耦合效果。

仿真結(jié)果分析、展示

HFSS仿真結(jié)果如下：

S11

S21

S22

結(jié)論

本節(jié)設(shè)計(jì)的 M 波段波導(dǎo)微帶轉(zhuǎn)換 E 面探針結(jié)構(gòu)在 HFSS 中的仿真結(jié)果如上圖所示。單個(gè)過(guò)渡結(jié)構(gòu)的回波損耗在 50-75 GHz 內(nèi)均優(yōu)于-20dB，插入損耗在帶內(nèi)均小于0.1 dB。由此可見(jiàn)，該過(guò)渡結(jié)構(gòu)在50-75 GHz具有低插入損耗特性，仿真結(jié)果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

審核編輯：湯梓紅