一种V波段波导—微带对极鳍线过渡结构的设计研究

    潘猛+秦雪雪+文春华+周传升

    

    

    

    摘要：文章研制了一款V频段的波导微带转换器，该转换器采用对极鳍线过渡结构，并提出了一种抑制谐振及基片安装引起的高次模的设计方案。实际测试回波损耗小于-21dB，插入损耗小于1.6dB。

    关键词：波导；微带；对极鳍线；谙振

    波导-微带转接器是各种雷达、通信、电子对抗等系统中最重要的一种转接过渡。对极鳍线模型，结构简单，过渡方向与电路一致，在宽频带内可以实现较好的过渡性能，是现今普遍常用的波导-微带过渡结构[1]。本文使用HFSS仿真设计了一款V频段的波导微带转换器，并进行了加工验证。

    1 理论分析

    微带线是准TEM模式的传输线，其特性阻抗为50Q[2]。矩形波导是截面形状为矩形的金属波导管，其传输主模为TEW模。本文采用V频段标准矩形波导（3.759mmX1.88mm），波导的特性阻抗计算公式为，其中，为空气波阻抗，A为空气中的波长，〃为波导宽边长度。其特性阻抗为506波导-微带对极鳍线过渡结构如图1所示，在整个过渡长度内，两个金属鳍制作在基片两面，为一对渐变的对极鳍线。主要实现以下功能：（1）将波导中的TE10模逐渐旋转90°，变成在对极鳍线重叠部分中的准微带传输模式；（2）将波导主模的506Q特性阻抗转换到接近标准微带线的50Q特性阻抗。

    2 仿真设计

    2.1 过渡结构曲线的设计

    鳍线渐变段的设计，主要指渐变方向的平滑曲线设计。平滑曲线的选取要使其引入的反射损耗在要求的频段内最小，并使渐变段物理尺寸尽可能地短。本文对极鳍线过渡段采用了指数的过渡形式，其设计公式为[3]：

    其中1代表过渡长度，6为波导窄边宽度，s为微带线宽度。过渡段的长度Z不能过短，因为过短时，端口的反射系数较大；也不能过长，因为过长时，电路的损耗较大。取I的长度为1.54左右。

    2.2 谐振抑制设计

    以往设计对极鳍线过渡，常采用在渐变段圆弧金属下方，加载金属孤岛来抑制谐振频率。这种设计虽然可以起到抑制作用，但金属孤岛与鳍线的缝隙必须很小，而且随着金属孤岛的引入，过渡尺寸也必须随之加长。本设计中，在鳍线与微带线的连接处，鳍线的两侧挖去1/4半圆，这种办法在不增加过渡次尺寸的情况下抑制了谐振频率。

    同时，鳍线在波导内装架槽的深度也是对过渡性能产生影响的重要因素。对于较小的装架槽深度，其中主模不受影响。但随着装架槽深度的增加，主模将与临近的高次模发生很强的相互作用，从而导致主模传播常数的增大。鉴于此，本设计对基片做了以下改进，如图2所示，在基片的两侧周期性的打半圆孔，可以有效地减小槽深对高次模的影响。在HFSS中对波导-微带过渡器进行了仿真设计，其仿真曲线如图3所示。回波损耗小于-21dB，插入损耗小于1.2dB。

    3 实物验证

    对背对背结构的波导-微带转换器（见图4）进行了实际加工，所用介质基片为RT/Duroid5880，介电常数为2.22，基片厚度为0.127mm，使用导电胶将基片固定在波导腔体中。该种结构易于装配，成品率闻。

    使用矢量网络分析仪对样件进行了测试，结果如图5所示，可以看出在V频段范围内，回波損耗小于-21dB，插入损耗小于1.6dB，指标优良。

    [参考文献]

    [1]王小伟，李家胤，周翼鸿.一种Ka频段波导微带鳍线转换结构[J].空间电子技术，2009（3）：98-102.

    [2]清华大学编写组.微带电路[M].北京：人民邮电出版社，1796.

    [3]黄鹤，赵春晖，朱燕，等.V频段波导-微带的对脊鳍线过渡仿真设计[J].通信与网络，2011（9）：111_113.