50-75GHz波導(dǎo)微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)仿真分析

摘要說明

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用于在雷達通信、制導(dǎo)等系統(tǒng)中。微帶傳輸線由于其尺寸較小，相對于金屬波導(dǎo)在設(shè)計上更為靈活，被廣泛的運用在毫米波電路中。然而，毫米波實驗儀器中的信號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。常見的波導(dǎo)-微帶過渡技術(shù)主要有三種：脊波導(dǎo)形式過渡，探針形式過渡，以及對脊鰭線過渡。本文主要對探針形式過渡進行了理論分析以及仿真設(shè)計。最后，選擇M波段E面探針過渡結(jié)構(gòu)使用HFSS仿真軟件進行了仿真設(shè)計。仿真結(jié)果表明，該過渡結(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，滿足了實際工程需用。

仿真應(yīng)用背景，案例全景圖文

隨著我國半導(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試系統(tǒng)大多是以矩形波導(dǎo)口作為信號輸入輸出端口，并且傳統(tǒng)的波導(dǎo)型喇叭天線相比封裝天線在增益等輻射性能上仍然具有一定的優(yōu)勢。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，完成電磁信號在這兩種不同媒介之間的轉(zhuǎn)換具有重要意義。同時，波導(dǎo)?微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的性能也決定了整個通信系統(tǒng)的性能。我們所設(shè)計的波導(dǎo)?微帶轉(zhuǎn)換電路的性能需要達到以下標準：傳輸損耗小、在寬頻帶范圍內(nèi)進行傳輸；易與后端電路互聯(lián)；裝配簡單，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 面探針過渡形式。模型采用 WR- 14 標準矩形波導(dǎo)作為毫米波信號輸入端口；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 中進行仿真設(shè)計，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，讓插入的微帶探針處于駐波的波腹位置，此時可以獲得最強耦合效果。

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。單個過渡結(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，該過渡結(jié)構(gòu)在50-75 GHz具有低插入損耗特性，仿真結(jié)果滿足設(shè)計要求。

審核編輯：湯梓紅