1 引言
微带/波导转换过渡在毫米波系统中大量应用。对它的研究也持续了很多年,已经大量报道的有波导/脊波导/微带过渡,波导/鳍线/微带过渡和微带探针过渡[1-8]。对于波导/脊波导/微带过渡和波导/鳍线/微带过渡,波导和微带的传播方向一致,这对部件连接很方便。但波导/鳍线/微带过渡尺寸较大,损耗也偏大,在空间尺寸要求紧凑的地方,近年来已很少使用。波导/脊波导/微带过渡不易实现脊波导与微带的有效连接。微带探针型过渡具有尺寸小,性能优良的特点,已经获得越来越多的应用。我们对微带探针过渡也做了研究,见图1示,并获得良好的性能。
2 仿真分析
采用商用软件HFSS对图1所示过渡进行了仿真分析。为方便实验验证,实验验证的结构为两个过渡相连,即输入波导通过转换过渡连接到微带,再通过转换过渡连接到输出波导。因此S11和S22是指两波导端的反射系数,S12或S21则包含了两个过渡的插入损耗。仿真结果见图3示。仿真结果显示,从90GHz到107GHz范围过渡的反射损耗都小于-20dB, 插损很小。
图1 微带探针过渡
图2 微带/波导转换过渡性能仿真结果
3 实验验证
我们加工制作了转换过渡硬件,见图3示。对转换过渡的性能进行了测试,测试结果见图4,图5,图6。微带/波导过渡器通过扭波导、弯波导及软波导与测试系统连接,图4中的插入损耗包含了这些接头和转换波导的插损。而反射损耗同样包含了这些连接件的影响。但两者还是较吻合的。
图3 微带/波导转换过渡实物照片
图4 包括连接波导的过渡转换S参数测试结果
图5 连接波导的S参数测试结果
图6 扣除连接波导插损后转换过渡插损曲线图
为获得转换过渡的真实插损,需扣除同轴波导转换接头和法兰转换连接波导等的损耗。图4为包含了转换接头和连接波导损耗的测试结果,图5为转换接头和连接波导的测试结果,图6为扣除转换接头和连接波导损耗后得到的微带/波导过渡器的实际插损。实际插损还包括了20mm长微带线的损耗。可见在94GHz到100GHz范围,插损小于2dB(即单个转换过渡插损小于1dB),反射损耗优于20dB。由于硬件制作过程中存在不可避免的随机误差,因此,实验数据的低端(90-94GHz)的反射损耗没有仿真结果好,但插损指标在这一频段依然很好。通过进一步改进加工制作精度,预料性能还可以改善。
4 结论
本文研究了一种尺寸紧凑的毫米波微带/波导过渡转换器。仿真结果和实验结果都表明这种过渡器具有带宽宽、电性能优异的特点,可以用于各种毫米波系统中。