毫米波传输线 鳍线
一种Ka频段波导微带鳍线转换结构
空间电子技术98 S PAC E ELEC TRON IC TECHNOLO GY2009年第3期一种Ka频段波导微带鳍线转换结构王小伟李家胤周翼鸿(电子科技大学强辐射重点实验室,成都610054)摘要为使波导微带转换的尺寸和性能更优,采用HFSS高频仿真软件里的样条曲线做波导微带转换的鳍线渐变曲线,使波导微带转换的过渡长度与采用其他渐变曲线在相同指标情况下相比更短一些。
转换模型中的介质基片向标准矩形波导宽边两侧延伸四分之一波长并在其上各打一行孔径和间距合适的金属填充通孔,这样既便于固定基片,又能提高鳍线电路的隔离度。
使用HFSS软件对该模型进行仿真优化分析后的结果为:在28. 5～39GHz频带内得到大于25dB 的回波损耗和小于0. 1dB 的插入损耗,基本达到预期目的。
关键词波导微带转换样条曲线鳍线通孔0 引言随着毫米波技术的不断发展, 毫米波混合集成电路以及单片集成电路越来越多地在无线通信和雷达系统中得到广泛应用。
而现有的毫米波测试系统采用的大多是矩形波导接口,这就要求在使用毫米波单片集成电路的系统中寻找一种低成本、低损耗、易制造的宽带矩形波导到微带的过渡。
对于毫米波电路而言,鳍线就是这样一种能用于波导微带过渡的理想短距离传输线。
它具有色散小、单模带宽宽、插损低(高于波导,低于微带) ,准平面电路结构(可以采用与微波集成电路相类似的印刷技术,生产经济性好) ,与半导体和波导器件的兼容性好,对加工尺寸公差的要求不像波导那样严格等优点,现已在毫米波电路中获得了实际应用[ 1 ] 。
目前常用的过渡结构有: 阶梯脊波导过渡[ 2 ] 、对极鳍线过渡[ 3 ] 、耦合探针过渡[ 4, 5 ] 等。
这些过渡结构带宽较宽,插入损耗小。
其中阶梯脊波导过渡加工复杂;耦合探针过渡因波导出口方向与电路平行,使其不满足很多系统结构的要求;而对极鳍线过收稿日期: 2008 - 04 - 29; 修回日期: 2008 - 06 - 30 渡,因其可以采用微波印制版技术制作在价廉的基片上,现在已成为一种普遍运用的过渡结构。
W波段波导—微带对脊鳍线过渡结构设计
Science &Technology Vision 科技视界0引言,。
,,。
:[1,2]、[3~4]。
,,,,。
,。
W 。
,80~95GHz 20dB,0.4dB。
1理论分析。
TE10,TEM 。
,,。
,WR10(2.54mm×1.27mm)。
50Ω[5]。
1。
,TE1090°,TEM [6]。
,,50Ω。
图1矩形波导—微带对脊鳍线过渡结构W 波段波导—微带对脊鳍线过渡结构设计单伟包超高志宇郑晓秦越(中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室,四川成都610213)【摘要】文章基于对脊鳍线过渡结构设计并仿真了一种W 波段的矩形波导—微带线的转换器。
该转换器具有平面电路的几何结构优点,且空间体积小、质量轻,可广泛应用于毫米波平面传输线组成的电路中。
通过仿真结果表明:在W 波段(80~95GHz )的频带范围内,该过渡结构的回波损耗小于20dB ,插入损耗小于0.4dB 。
【关键词】W 波段;波导—微带转换;毫米波;对脊鳍线中图分类号:TN02文献标识码:ADOI :10.19694/ki.issn2095-2457.2021.12.45【Abstract 】This paper designs and simulates a W-band rectangular waveguide —microstrip line converter basedon the transition structure of the ridge—fin line.The converter has the advantages of planar circuit geometry structure,small space and light weight,and can be widely used in circuits composed of millimeter wave planartransmission lines.The simulation results show that:in the W band (80-95GHz)frequency band,the return loss ofthe transition structure is less than 20dB,and the insertion loss is less than 0.4dB.【Key words 】W band ;Waveguide to microstrip ;Millimeter wave ;Antipodal finline作者简介:单伟(1993—),男,汉族,硕士研究生,助理工程师,现主要从事核仪表系统技术研究。
宽带高增益低噪声放大器
２ 设计要求 工作频率： ａ 波段ｆ ± ． Ｇ ｚ增 益＞５ ｄ ， ｏ ２５ Ｈ ， ￣ ５ Ｂ 带 内平 坦度 ≤ ±１ ５ Ｂ 噪声 系数 ≤３ ５ Ｂ ＿Ｂ ．ｄ ， ． ｄ ，Ｐ １ ≥ ｄ １ｄ ｍ 输入接 口：Ｊ２ ； ０Ｂ ； Ｂ３０ 输出接 口： Ｋ接头 ； 外形尺寸 ≤ｌ． × ３８ ６ ｍ ’ 不包括 Ｋ型头的尺寸 ） ３８ １ ． ｘ Ｏ ｍ （ 。
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｏｖ ｄ ｔｅ ｐ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｉ ａ ｅ ｌ ｅ ｍ￣ｅ ｏ ｒ ａ ｂ ｎ ｌ ｍｅｅ —ｗ ｖ ｔｒａ ｅ ｃ ｒｕ ｔ ｅ ｉｎ ｏ ａ ｅ ｕｄ ｓ ｈ ｍ ｆ ｏ ｄ ａ ｄ ｍｉ ｉ ｔｒ ｂ ｌ ａ ｅｉ ｅｆ ｃ ｉ ｉ ｄ ｓｇ ｆ ｖ ｇ ｉ ｅ—ｔ ｎ ｃ ｗ ｏ—ｍｉｒ ￣ｒ ａ ｓｔ ｎ ｅｏ ｉ ｔ ｎ ｉ ｏ ｐｒ ｉ ｉ （ ｎｌ ａ—ｂ ｎ ｎ ｅ ｉｎ ｄ ｂ ｏ ｄ ａ ｄ ａ ｄ ｈ ｇ ａｎ ｌ ｗ ｏｓ ｍｐｉ ｅ ａ—ｂ ｎ ｙ Ａｎ ｏｔＨＦ Ｓ ｓ ｆ ｒ ｐ ｉ ｚ ｄ ａ ｄ ａ ｄ ｄ ｓｇ ｅ ｒａ ｂ ｎ ｎ ｉｈ ｇ ｉ ｏ ｎ ｉ ａ ｌ ｒｉ Ｋ ｅ ｉ ｆ ｎ ａ ｄｂ ． ｆ ｓ Ｓ ｏ ｔ ｅ ｏ ｔ ｗａ ｍｉｅ ．
作者简介： 张迎春（ ９０ ， 工程师 ， １７ 一） 女， 主要从事微波毫米波的研究 。
维普资讯
・
２ ０・ ７
其 它
Ｏ ｈｒ ｔｅｓ
第３ 期
小、 频带宽 ， 且结 构 紧凑 、 工 方 便 、 卸容 易 ， 别 适 加 装 特
ＲＦ珊
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｌｉ ｔ ｒ ｙ ｒ ｓ Ｍｉ ｍｅｅ —ｗａ ｅ， ｏ ｐ ｅ ｎ ｆ ｌ ｅ， ａ ｅ ｕｄ ｌ ｖ Ｃ ｕ ｌ ｒｉ ｎｉ Ｗ ｖ ｇ ｉ ｅ ｉ ｎ
用EDA 软件设计W波段单刀双掷开关
2001 年 8 月 3 “Finline Taper Design Made Easy”. Beyer A. and Wolff I. IEEE MTT-S,Int. Microwave
用 EDA 软件设计 W 波段单刀双掷开关
杨嘉 喻梦霞 徐军
电子科技大学物理电子学院微波与毫米波技术实验室 邮编 610054
摘 要 本文介绍了鳍线 PIN 单刀双掷开关的设计过程 并介绍了如何利用常用 EDA 软件加 速其设计过程的办法 测试结果表明 仿真结果与测试结果比较相符
关键词 毫米波电路 鳍线开关 EDA
我们在实验中发现 以上两种等效电路模型不是很准确 利用以上方法计算出的二极管 到结的距离和管间距设计出的 SPDT 开关的性能并不好 仍然需要通过实验做大量的调整 既延长了开发周期 又增加了设计成本
随着计算机运算速度的极大提升 使得运用 EDA 软件进行高频电路设计成为可能 为 了解决以上问题 本文采用 Ansoft 公司的高频结构仿真软件 HFSS8.0 进行仿真设计 首先 建立 SPDT 的模型如图 5 所示 电路结构采用 T 形结形式 使用 4 个 PIN 管 利用以往经
图 7. 结果图 (a)HFSS 仿真结果 (b)测试结果
305
四 结论
测试的插损比仿真的插损差的原因主要有两个方面 一是我们在进行仿真计算时 没有 考虑鳍线装架槽的影响 二是没有考虑焊接 PIN 管时引入的引线电感的影响 针对第一种 情况 我们建立了两种简单的鳍线传输线模型 一种为未加装架槽的模型 另一种为加了装 架槽的模型 经过计算发现 加了装架槽的模型的插损比未加装架槽的模型的插损变坏了 0.3~0.4dB 对于第二种情况 由于焊接工艺的问题 由焊接引入电感的数值经验值一般在 0.01nH~0.03nH 它改变了 PIN 二极管的正 反偏阻抗 使得 PIN 二极管不是处在最佳安装 位置 带来开关的插损变大
微波复习题参考答案（思考题）
微波复习题参考答案（思考题）⼀、思考题1.什么是微波？微波有什么特点？答：微波是电磁波谱中介于超短波与红外线之间的波段，频率范围从300MHz到3000GHz，波长从0.1mm到1m。
(通常，微波波段分为⽶波、厘⽶波毫⽶和亚毫⽶波四个波段。
)特点: 似光性；穿透性；宽频带特性；热效应性；散射性；抗低频⼲扰性；视距传播性；分布参数的不确定性；电磁兼容和电磁环境污染。
2. 试解释⼀下长线的物理概念，说明以长线为基础的传输线理论的主要物理现象有哪些？⼀般是采⽤哪些物理量来描述？3. 微波技术、天线与电波传播三者研究的对象分别是什么？它们有何区别和联系？4. 试解释传输线的⼯作特性参数（特性阻抗、传播常数、相速和波长）5. 传输线状态参量输⼊阻抗、反射系数、驻波⽐是如何定义的，有何特点，并分析三者之间的关系6. 阻抗匹配的意义，阻抗匹配有哪三者类型，并说明这三种匹配如何实现？7. 史密斯圆图是求解均匀传输线有关和问题的⼀类曲线坐标图，图上有两组坐标线，即归⼀化阻抗或导纳的的等值线簇与反射系数的等值线簇，所有这些等值线都是圆或圆弧，故也称阻抗圆图或导纳圆图。
阻抗圆图上的等值线分别标有，⽽特征参数和，并没有在圆图上表⽰出来。
导纳圆图可以通过对旋转180°得到。
阻抗圆图的实轴左半部和右半部的刻度分别表⽰或和或。
圆图上的电刻度表⽰，图上0~180 °是表⽰。
8. TEM、TE 和TM 波是如何定义的？什么是波导的截⽌性？分别说明矩形波导、圆波导、同轴线、带状线和微带线的主模是什么？9. 描述波导传输特性的主要参数有哪些，如何定义？10.为什么空⼼的⾦属波导内不能传播TEM波？试说明为什么规则⾦属波导内不能传输TEM波？答：如果内部存在TEM波，则要求磁场应完全在波导的横截⾯内，⽽且是闭合曲线。
由麦克斯韦第⼀⽅程知，闭合曲线上磁场的积分应等于与曲线相交链的电流。
由于空⼼⾦属波导中不存在轴向（即传播⽅向）的传导电流，所以必要求有传播⽅向的位移电流。
精选微波技术基础知识
1、第三章、微波集成传输线常用集成传输线的种类和主要特点2、第四章介质波导和光波导
1、传播条件和波型2、特性阻抗3、波长，相速4、功率容量5、衰减
了解
微波集成传输线
微波集成传输线的最大特点是 平面化
五种重要的传输线：带状线（Stripline）微带线（Microstrip line）槽线（Slotline）鳍线（Finline）共面线（Coplanar line）
式中
微波集成传输线－带状线
带状线—优缺点和应用
1、改变线宽一个参数就改变电路参数（特性阻抗）。2、在馈线、功分器，耦合器，滤波器，混频器，开关的设计中，体积小，重量轻，大批量生产的重复性好。3、立体电路的设计，适用于多层微波电路，LTCC等，辐射小。4、封闭的电路，调试难。5、电路需要同轴或波导馈入，引入不连续性，需要在设计时补偿。6、在多层电路设计中，存在不同节点常数的介质之间的连接，介质与金属导体的连接，分析方法非常复杂，尤其对3D电路，尚缺少各种不连续性的模型和相关设计公式，采用全波分析法或者准静态场分析。
毫米波鳍线混频器
介质波导和光波导
当毫米波波段→亚毫米波段→太赫兹波段时普通的微带线将出现一系列新问题1）高次模的出现使微带的设计和使用复杂2）金属波导的单模工作条件限制了其横向尺寸不能超过大约一个波长的范围。这在厘米波段和毫米波低频段不成问题。但到毫米波高频段，单模波导的尺寸就显得太小，不仅制造工艺困难，而且随着工作频率的提高，功率容量越来越小，壁上损耗越来越大，衰减大到不能容忍的地步。因此，对毫米波段的高端及来说，封闭的金属波导已不再适用。于是，适合于毫米波高频段、亚毫米波的传输线 —— 介质波导等非封闭式的传输线（或称开波导）便应运而生
微波集成传输线－微带线
毫米波传输线-平面传输线
2.2平面传输线
材料名称 表面粗糙 10GHz时的 介电常 导热率
应用与特点
度（um） 损耗正切（10-4） 数 （W/cm℃）
聚四氟乙烯
10~15
2.5~2.8
厘米波段MIC
纤维加强板
价格低，加工容易
氧化铝99% 2~15
2~5
9~9.5
0.3
厘米至毫米波段
蓝宝石
0.5~1
《毫米波理论与技术》讲义
2.2.1 微带线
➢微带线特性分析
微带线分析方法有两种： （1）准静态法 （2）全波分析法 把微带线的工作模式当作TEM模来分析，这种分析方法 称为“准静态分析法” 。 全波分析法是利用高等电磁理论，求满足完整Maxwell方 程式及边界条件的电磁场之解。
《毫米波理论与技术》讲义
• 1955年， ITT Ferearl Telecommunications Laborato ries（New Jersey）, 报道了多篇关于微带线的报道 ，IEEE transactions on Microwave Theory and Tech nique.
• 1960年，薄基片厚度的微带线流行。
毫米波传输线
2.1 引言 2.2 平面传输线 2.3 波导 2.4 鳍线
《毫米波理论与技术》讲义
2.1 引言
➢毫米波传输线的要求
损耗低； 弱色散，单模传输； 具备一定的功率容量； 成本低； 便于电路和系统集成； 体积小、重量轻。
《毫米波理论与技术》讲义
2.1 引言 ➢微波常用传输线
平行双线
同轴线
矩形波导
圆波导
《毫米波理论与技术》讲义
微带线
2.1 引言 ➢毫米波传输线
带状线和微带线
(a,)V0 c1lnac2 (b,)0c1lnbc2
(r,) V0 ln(b/r)
ln(b/ a)
E 0 t(r,) t(r,) (r ˆ ( r r,) r ˆ (r ,))
rˆ V0 r ln(b / a)
因此电场为：
E ( r ,,z ) E 0 t( r ,) e jz r ln r ˆ ( V b 0 /a )e jz r ˆ E m e jz
50 60 70
80 90 100
n kc b a
n＝1，2，…
cTMmn
2(ba) n
cTM01 2(ba)
同轴线中的TE波 H z [A 1Jm (kcr)A 2 Y m (kcr)] s c io n sm m ejz
边界条件：理想导体壁，在r＝a，b处 Hz /r 0
A1J'm(kca)A2Y'm(kca)0 A1J'm(kcb)A2Y'm(kcb)0
边界条件：理想导体壁，在r＝a，b处 E z 0
A1Jm(kca)A2Ym(kca)0 A1Jm(kcb)A2Ym(kcb)0
Jm(kca) Ym(kca) Jm(kcb) Ym(kcb)
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
-1 0
Y1 Y2 Y3
10 20 30 40
Hale Waihona Puke 1. 带状线带状线又称三板线, 它由两块相距为b的接 地板与中间宽度为w、 厚度为t的矩形截面 导体构成, 接地板之间填充均匀介质或空 气。由前面分析可知, 由于带状线由同轴 线演化而来, 因此与同轴线具有相似的特 性, 这主要体现在其传输主模也为TEM, 也 存在高次TE和TM模。带状线的传输特性 参量主要有:
课件ppt第二章
§2.6 开关和移相器
2.6.1 开关
2.6.2移相器
2
毫米波传输线
§2.1 毫米波传输线与无源器件
导行电磁波的结构就是传输线（广义的）
同轴线（硬同轴线、SMA、K接头等） 波导（金属、介质、槽、NRD、H等） 微带线（共面线、槽线、微带类等）
传输损耗 辐射损耗
同轴线的高次模 c r (b a)
21
毫米波波束波导
§2.1 毫米波传输线与无源器件
波束波导：透镜型和 反射镜型
利用毫米波频段的 准光特性分析
假设能量集中在主波束 中传输
合理选择透镜尺寸，降低 绕射损耗
22
§2.1 毫米波传输线与无源器件
毫米波无源器件——传输匹配器件
图2.27 阻抗匹配器的作用
使得视在阻抗与源阻抗匹配，减小驻波。
槽线、鳍线
镜象波导
准光波导
10
20
40
GHz
100
200
30
15
7.5
mm
3
1.5
图2.2 若干毫米波传输线的工作频率范围
5
§2.1 毫米波传输线与无源器件
传输线的基本概念及参数
一般传输线
El E0el
j 传播常数
无耗（理想）传输线
El E0e jl
j
衰减常数
= 相位常数；
(R jL)(G jC)
矩形波导具有“高通”性质
波导波长：
g
0
1 (0 c )2
相速 p cg / 0 c 群速 g c0 / g c
波阻抗：波导中的波型阻抗，横电场与横磁场之比
9
§2.1 毫米波传输线与无源器件
表2.1 若干国产矩形波导数据表
微波毫米波技术基本知识
LTCC－MCM
LTCC－MCM
LTCC工艺流程
LTCC实例－LMDS发射模块
计算电磁学及其应用
★微波电路的小型化，特别是三维电路的发展 不仅以先进的电路制造工艺为基础，而且依赖 计算电磁学和商用电磁仿真软件的迅速发展。
★随着射频集成电路（RFIC）、单片集成电路 （MMIC）和超大规模集成电路（VLSI）技术 的迅速发展，低成本、高性能的高速数字、射 频、微波和毫米波集成电路和系统的互连和封 装成为重要的理论和工艺技术课题。
微波电路技术的发展历程
微波电路或系统的革新体现在元、器件物理 结构和电磁关系两方面。 这种革新来源于对电磁场理论的灵活运用和 商用电磁仿真软件的快速发展； 其成功实现有赖于新材料、新工艺，特别是 半导体和微加工技术的成就。 微波和毫米波集成电路技术和工艺的不断推 陈出新集中体现了微波领域日新月异的技术 进步。
毫米波器件－电真空器件
行波管 反波管 速调管 磁控管 回旋管 自由电子激光管
毫米波器件－半导体器件
两端器件： 雪崩二极管－Impatt 耿氏管或体效验管－Gunn，TED 混频、检波二极管，变容二极管，隧道二极管 三端器件： 双极管－BJT 场效应管－FET 异质结双极管－HBT 高速电子迁移三极管－HEMT 膺配高速电子迁移三极管－PHEMT
– MCM－D：采用其它新绝缘材料的薄膜布线基 板，D表示电介质淀积薄膜工艺；
– MCM－Si：采用硅工艺的薄膜布线基板，层间 绝缘膜是SiO2、Si；
– MCM－C/D：在共烧陶瓷上形成薄膜布线的基 板。
MCM的主要特点
集芯片IC和无源元件于一体，避免了元器件 级组装，简化了系统级的组装层次。 高密度互连基板，导线和线间距细化（通常 小于0.1mm）; 高密度多层互连线短，布线密度高，布线密 度每平方英寸250－500根； 能将数字电路、模拟电路、光电器件、微波 器件合理组装在一个封装体内，形成多功能 组件、子系统和系统。
天线与微波复习思考题
天线与微波复习思考题天线与微波复习思考题⼀、填空1、对于低于微波频率的⽆线电波，其波长远⼤于电系统的实际尺⼨，可⽤电路分析法进⾏分析；频率⾼于微波波段的光波等，其波长远⼩于电系统的实际尺⼨，因此可⽤光学分析法进⾏分析；微波则由于其波长与电系统的实际尺⼨相当必须⽤场分析法进⾏分析。
2、在圆波导中有两种简并模，它们是E-H 简并和极化简并。
3、激励波导的⽅法通常有三种：电激励、磁激励和电流激励。
4、各种集成微波传输系统归纳起来可以分为四⼤类：准TEM 波传输线、⾮TEM 波传输线、开放式介质波导传输线和半开放式介质波导。
5、微波元器件按其变换性质可分为线性互易元器件、线性⾮互易元器件以及⾮线性元器件三⼤类。
6、微波连接匹配元件包括终端负载元件、微波连接元件以及阻抗匹配元器件三⼤类。
7、在微波系统中功率分配元器件主要包括定向耦合器、功率分配器以及各种微波分⽀器件。
8、⾮互易微波铁氧体元件最常⽤的有隔离器和环形器。
9、天线按辐射源的类型可分为线天线和⾯天线，把天线和发射机或接收机连接起来的系统称为馈线系统。
10、超⾼频天线，通常采⽤与场⽮量相平⾏的两个平⾯来表⽰，即E 平⾯和H 平⾯。
11、根据媒质及不同媒质分界⾯对电波传播产⽣的主要影响，电波传播⽅式分为下列⼏种：视距传播、天波传播、地⾯波传播和不均匀媒质传播。
12、为了加强天线的⽅向性，将若⼲辐射单元按某种⽅式排列所构成的系统称为天线阵。
13、旋转抛物⾯天线的分析通常采⽤以下两种⽅法：⼝径场法和⾯电流法。
14、按中继⽅式，微波中继通信可分为基带转接、中频转接和微波转接三种。
15、RFID 系统按数据量来分，可分为1⽐特系统和电⼦数据载体系统。
16、50Ω传输线接(75+j100)Ω的负载阻抗，传输线上的电压波为⾏驻波；最靠近负载的是电压波的波腹点。
17、耦合带状线的偶奇模相速v pe =v po ，与光速c 的关系为εr po pe c v v /==。
微带传输线
w w w = 2π = ω0 wL PLT PL
1 1 1 1 1 1 = + = + + Q Q0 Qr Qc Qd Qr
品质因数随基片厚度的变化情况
对一个给定频率，存在一个 使Q值最大的最佳基片厚度hopt f↑,εr↓→hopt↓
f↑,εr↑,h↓→αT↑
f↑,εr↑,h↓→αT↑
功率容量
功率容量
平均功率容量
主要受限于导体损耗和介质损耗引起的热效应
峰值功率容量
主要受限于基片介质击穿效应
波导和同轴线可用于高功率，微带一般只能用 于中小功率电路
品质因数
Q值是描述谐振系统的频率选择性和能量损耗 程度的物理量
Q 2π
w为谐振时的储能，wL为一个周期内的损耗能量， PL为一个周期内的平均损耗功率
准静态法将准TEM模按TEM模考虑，忽略了色 散模，即TE和TM模，要求w,h<<λ，因此只 在较低频率时适用 在毫米波频段，类微带线传输的是TE+TM混 合模，色散影响较为显著，采用准静态法的误 差很大，但可以在准静态分析结果的基础上作 修正
特性阻抗和有效相对介电常数 随w/h的变化情况
εr↑,w↑,h↓→εre↑,Zc↓
泛函的概念将准tem模按tem模考虑将特性阻抗的求解转化为静电容的求解建立gr对电容的变分表示式求泛函极值得到导体条带上的电荷分布从而得出电容值准静态分析步骤小结对奇偶模分别考虑对称耦合微带结构的准静态分析准静态法将准tem模按tem模考虑忽略了色散模即te和tm模要求wh因此只在较低频率时适用在毫米波频段类微带线传输的是tetm混合模色散影响较为显著采用准静态法的误差很大但可以在准静态分析结果的基础上作修正准静态法的限制特性阻抗和有效相对介电常数特性阻抗和有效相对介电常数随频率的变化情况近似公式通过与全波分析的结果比较确定近似公式的适用范围导体条带厚度的影响边缘电容33类微带线的特性阻抗和有效介电常数屏蔽外壳的作用实现电磁屏蔽增加机械强度便于密封安装接头屏蔽外壳影响可忽略的条件5时顶盖的影响可忽略屏蔽外壳的影响色散的程度微带的色散效应可忽略的频率上限频率对有效介电常数和特性阻抗的影响在准静态分析结果基础上作修正色散的影响损耗导体损耗很小可近似忽略34微带线的损耗功率容量和品质因数功率容量平均功率容量主要受限于导体损耗和介质损耗引起的热效应峰值功率容量主要受限于基片介质击穿效应波导和同轴线可用于高功率微带一般只能用于中小功率电路功率容量q值是描述谐振系统的频率选择性和能量损耗程度的物理量为一个周期内的平均损耗功率品质因数品质因数随基片厚度的变化情况与波导同轴线相比微带的q值通常要低一至二个数量级对一个给定频率存在一个使q值最大的最佳基片厚度hopt不连续性问题准静态分析全波分析基片的选择毫米波混合集成常选用较薄的低介电常数基片如rtduroid5880单片集成常选用高介电常数基片以便集成有源器件如ga或si35有关微带电路设计的其它问题毫米波电路尺寸小制造公差问题比较突出公差的影响低介电常数的薄基片允许的公差相对大一些最高工作频率受限于寄生模的激励过高的损耗严格的制造公差加工安装损坏严重的不连续效应辐射引起的q值降低制造工艺的限制频率上限频率上限的主要障碍是微带中准tem模与最低的最低次表面波寄生模之间的耦合二者不出现强耦合的最高工作频率为vendelin寄生模决定的频率上限150
微波技术基础第二章课后答案 杨雪霞
2-1 波导为什么不能传输TEM 波？答：一个波导系统若能传输TEM 波型，则在该系统中必须能够存在静电荷静电核或恒定电流，而在单导体所构成的空心金属波导馆内，不可能存在静电荷或恒定电流，因此也不可能传输TEM 波型。
2-2 什么叫波型？有哪几种波型？答：波型是指每一种能够单独地在规则波导中存在的电磁场的一种分布状态。
根据场的横向分量与纵向分量之间的关系式划分波型，主要有三种：TEM 波（0z E =，0z H =），TE 波(0z E =,0z H ≠),TM 波（0z E ≠，0z H =） 2-3 何谓TEM 波，TE 波和TM 波？其波阻抗和自由空间波阻抗有什么关系？答：0z E =，0z H =的为TEM 波；0z E =,0z H ≠为TE 波；0z E ≠，0z H =为TM 波。
TE 波阻抗：x TE y E wuZ H ηβ===>TM 波阻抗：x TM y E Z H w βηε=== 其中η为TEM 波在无限答煤质中的波阻抗。
2-4 试将关系式y z x H H jw E y z ε∂∂-=∂∂，推导为1()zx y H E j H jw yβε∂=+∂。
解：由y H 的场分量关系式0j zy H H eβ-=（0H 与z 无关）得：y y H j H zβ∂=-∂利用关系式y z x H H jw E y zε∂∂-=∂∂可推出： 11()()y z zx y H H H E j H jw y z jw yβεε∂∂∂=+=+∂∂∂ 2-5 波导的传输特性是指哪些参量？答：传输特性是指传输条件、传播常数、传播速度、波导波长、波形阻抗、传输功率以及损耗和衰减等。
2-6 何为波导的截止波长c λ？当工作波长λ大于或小于c λ时，波导内的电磁波的特性有何不同？答： 当波沿Z 轴不能传播时呈截止状态，处于此状态时的波长叫截止波长，定义为2c ck πλ=； 当工作波长大于截止波长时，波数c k k <，此时电磁波不能在波导中传播； 当工作波长小于截止波长时，波数c k k >，此时电磁波能在波导内传播；2-7 矩形波导中的截止波长c λ和波导波长g λ，相速度p υ和群速度g υ有什么区别和联系？它们与哪些因素有关？ 答：波导波长为2g πλλβ==>，c λ为截止波长群速为g c υ=<，相速为p υ=，且2p g c υυ⋅=，与c ，工作波长λ，截止波长c λ有关。
【技术】微波复习题答案1
【关键字】技术微波技术与天线复习提纲（2010级）一、思考题1.什么是微波？微波有什么特点？答：微波是电磁波谱中介于超短波与红外线之间的波段，频率范围从300MHZ到3000GHZ，波长从到；微波的特点：似光性、穿透性、宽频带特性、热效应特性、散射特性、抗低频干扰特性、视距传播性、分布参数的不确定性、电磁兼容和电磁环境污染。
2.试解释一下长线的物理概念，说明以长线为基础的传输线理论的主要物理现象有哪些？一般是采用哪些物理量来描述？答：长线是指传输线的几何长度与工作波长相比拟的的传输线；以长线为基础的物理现象：传输线的反射和衰落；主要描述的物理量有：输入阻抗、反射系数、传输系数、和驻波系数。
3.微波技术、天线与电波传播三者研究的对象分别是什么？它们有何区别和联系？答：微波技术、天线与电磁波传播史无线电技术的一个重要组成部分，它们共同的基础是电磁场理论，但三者研究的对象和目的有所不同。
微波技术主要研究阴道电磁波在微波传输系统中如何进行有效的传输，它希望电磁波按一定要求沿传输系统无辐射地传输；天线是将微波导行波变成向空间定向辐射的电磁波，或将空间的电磁波变成微波设备中的导行波；电波传播研究电波在空间的传播方式和特点。
4.试解释传输线的工作特性参数（特性阻抗、传播常数、相速和波长）答：传输线的工作特性参数主要有特征阻抗Z0，传输常数，相速及波长。
1)特征阻抗即传输线上入射波电压与入射波电流的比值或反射波电压与反射波电流比值的负值，其表达式为,它仅由自身的分布参数决定而与负载及信号源无关；2）传输常数是描述传输线上导行波的衰减和相移的参数，其中，和分别称为衰减常数和相移常数，其一般的表达式为;3)传输线上电压、电流入射波（或反射波）的等相位面沿传播方向传播的速度称为相速，即；4）传输线上电磁波的波长与自由空间波长的关系。
5.传输线状态参量输入阻抗、反射系数、驻波比是如何定义的，有何特点，并分析三者之间的关系答：输入阻抗：传输线上任一点的阻抗Zin定义为该点的电压和电流之比，与导波系统的状态特性无关，反射系数：传输线上任意一点反射波电压与入射波电压的比值称为传输线在该点的反射系数，对于无耗传输线，它的表达式为驻波比：传输线上波腹点电压振幅与波节点电压振幅的比值为电压驻波比，也称为驻波系数。
毫米波电路中的几个关键问题：设计传输线、选择PCB板、性能优化
毫米波电路中的几个关键问题：设计传输线、选择PCB 板、性能优化在高频电路设计中，可以采用多种不同的传输线技术来进行信号的传输，如常见的同轴线、微带线、带状线和波导等。
而对于PCB平面电路，微带线、带状线、共面波导（CPW），及介质集成波导（SIW）等是常用的传输线技术。
但由于这几种PCB平面传输线的结构不同，导致其在信号传输时的场分布也各不相同，从而在PCB材料选择、设计和应用，特别是毫米波电路时表现出不同的电路性能。
本文将以毫米波下通用的PCB平面传输线技术展开，讨论电路材料、设计等对毫米波电路性能的影响，以及如何优化。
1. 引言几年前，毫米波电路还仅仅用于航天、卫星通信、通信回传等特殊专有的领域。
然而，随着无线通信技术的飞速发展，对更高的数据传输速率、更小的传输延迟、更宽的带宽等需求促使毫米波频段逐渐被用在移动通信覆盖例如，802.11ad WiGig，5G 等领域；随着主动安全驾驶和未来无人驾驶技术的发展，汽车对测距测速的要求越来越高，毫米波也被使用在如77GHz的汽车雷达领域。
但是，对于设计工程师来说，毫米波电路的设计与低频段射频电路设计存在着显著的不同。
毫米波频段下不同传输线技术的色散辐射或高次模、阻抗匹配、信号的馈入技术等都将直接影响电路最终的性能。
2. 常用传输线技术如图1中场力线分布，微带线与GCPW的信号传播方向上并不存在场分量。
但由于这两种传输线的电、磁场并不完全分分布于电介质中，有少部分场力线位于空气中；导致信号在电介质中与空气中传输的TEM波的相速不同，其分界面并不能完全实现相位匹配。
因此这两种传输线模式是准TEM波模式。
而带状线的场力线上下对称分布于中间层介质中，因此带状线的传输模式是TEM波模式。
图1 微带线，接地共面波导及带状线结构与场分布SIW (Substrate integrated waveguide) 是近年来讨论较多，介于微带与介质填充波导之间的一种新型传输线。
Ka频段波导内空间功率合成
第四部分 微波毫米波无源器件及电路1167Ka 频段波导内空间功率合成刁睿 徐锐敏 谢小强电子科技大学电子工程学院,成都610054，email ：screamtodie@摘要：本文提出了一种Ka 频段波导-微带对极鳍线阵列形式的空间功率合成网络。
该结构以波导作为输入和输出口，过渡和功率分配一步完成，经三维电磁仿真软件HFSS 仿真表明，该合成网络具有宽频带、低插损的优点。
这是获得高效率合成的必备条件之一，具有很大的利用前景。
关键字：毫米波，对极鳍线，空间功率合成Waveguide-Based Spatial Power combiningat Ka-bandDiao Rui, Xu Ruimin, Xie XiaoqiangCollege of Electronic Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, 610054email ：screamtodie@Abstract : In this paper, a spatial power combiner at Ka-band using filine arrays of waveguide to microstrip transition is proposed. The input and output port of the network is the waveguide, transiting and power dividing are achieved at one time. By simulating the combiner using HFSS, it is indicate that this model has a wide band and small insert loss, which are the necessary conditions for a high efficiency. The model’s feasibility is validated. Key Words: millimeter wave, finline, spatial power combining1 引言随着毫米波技术在制导、雷达、短程通信等领域得到广泛应用，对毫米波信号源的输出功率也提出了越来越高的要求。
毫米波宽带高中频单平衡混频器设计与实现
毫米波宽带高中频单平衡混频器设计与实现
杨笔帆;邢天时;徐子昂;赵亮;郭健
【期刊名称】《太赫兹科学与电子信息学报》
【年(卷),期】2024(22)6
【摘要】针对毫米波宽带通信、雷达和测试仪器领域的应用需求,提出一种E波段宽带高中频(IF)单平衡混频器。
射频(RF)及本振(LO)信号通过多分支宽带加宽波导正交耦合器输入,通过鳍线过渡结构将信号从波导传输模式过渡到微带模式,并提供宽带中频信号及直流接地回路;中频输出低通滤波器可有效抑制LO及RF信号,并为其提供等效接地回路。
利用肖特基二极管的非线性实现混频,并通过微带匹配电路最终实现宽带低损耗混频效果。
混频器采用57.6、62.4、67.2 GHz 3个点频本振,将67~85 GHz的射频信号分段下变频至9.4~17.8 GHz的中频范围内。
测试结果表明,在67~85 GHz射频频率范围内,射频输入功率为-15 dBm,本振输入功率为12 dBm时,混频器变频损耗为7.1~10.1 dB,对组合杂散的抑制在36 dBc以上。
【总页数】7页(P610-616)
【作者】杨笔帆;邢天时;徐子昂;赵亮;郭健
【作者单位】东南大学毫米波全国重点实验室;东南大学网络空间安全学院;南京电子技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN773
【相关文献】
1.一种小型毫米波宽带频率源设计实现
2.基于AD9516的宽带高动态数字中频系统采样时钟设计与应用
3.用于实现LTCC双平衡混频器的宽带巴伦设计
4.一种W 波段低损耗宽带单平衡混频器设计
5.高功率毫米波回旋行波管宽带输出窗设计
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2.4鳍线
槽在E面位移的情况
➢ 当s从零增加到(b-w)/2时， λ g / λ先 增后减，Zc在(b-w)/2时趋于饱和 ；
➢ 对于固定的s , λ g / λ和 Zc随槽宽的增 大而增加；
➢ 低阻抗结构可以通过将槽向一侧壁 移动时获得。 s趋于零、w=0.1时， Zc=40Ω，利于低阻抗器件的匹配。
底的加脊波导：
g
e (/cr)2
同尺寸空气填充加 脊波导的截止波长
有效介电常数
Zc
Zc
e (/cr)2
同尺寸空气填充加脊波 导f→∞的特性阻抗
➢ 适用条件：低介电常数的薄基片（d/a<0.1，εe 近似看作一个常数 ）
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2.4 鳍线
鳍线的分析方法
鳍线的分析方法主要有：横向谐振法（TRM），传 输线矩阵法（TLMM），有限元法（FEM），谱域法 （SDM），谱域导抗法（SDIM）等数值方法，以及经 验公式近似法。
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2.4鳍线
导行波长和特性阻抗
➢ P. J.Meier的近似公式，将鳍线看成带有介质衬
2.4鳍线
微带线是一种非常好传输线结构，目前最高频率 可达110GHz。但是在毫米波高端仍旧存在问题：
1.辐射损耗大，电路中寄生模耦合明显增加，电路Q值降 低。
2.强烈的色散效应以及随之而来的高次模传输的可能性 必然导致电路稳定性下降。
3.把多个电路集成在一起时，为减小电路间的有害耦合 必须采用模式隔离或谐振吸收装置。
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2.4鳍线
（a）
鳍线导体
鳍线槽
（a）
（b）
（a）滤波器；谐振器；
（b）
矩形波导中的过度段
（b）阻抗变换器；耦合器
(a) 渐变式；（b）多阶梯式
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2.4鳍线
E面鳍线滤波器模型图
E面鳍线滤波器的实物照片
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➢ Pramanick和Bhartia的单侧鳍线近似公式（1985 MTT）
✓ 具有更宽的适用范围（ 1/32<w/b<1，d/a<20， εr<3.75）。 ✓ 前提： εe = εc ，因此只适用于低介电常数和薄基片。
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2.4鳍线
• 导行波长与特性阻抗（Ka频段单鳍线）
2.4鳍线
鳍线的特点 ➢与微带电路相比
✓ 鳍线的Q值较高，传输衰减较小; ✓ 对导体条带的加工公差要宽松些（因其导行波长比微带的导
行波长要长）; ✓ 色散较弱，在多个电路集成时，无须模式滤波器和去耦隔离
装置; ✓ 鳍线的屏蔽外壳可直接采用标准矩形波导，可以在整个波导
带宽内实现电路，与矩形波导的兼容性好;
激励，核心是HE3模式。
Vahldieck R(1951-2011)., MTT,1984
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2.4鳍线
金属鳍片厚度的影响
➢ Zc随基片厚度t的增加而减小； ➢ 在靠近截止频率的低频段，鳍
线的作用如同脊波导，t增大时 ，截止频率降低， εe增加； ➢ 在较高频段，基片作用像槽线 ，随εe频率增加而减小； ➢ 金属鳍厚度影响在高工作频段 和槽宽较窄时较为明显； ➢ 频段中的某些频点上，t对有效 介电常数的影响可以忽略。
频率相关近似公式
➢ 对εr较大的基片，需考虑εe与f的依赖关系
Sharma和Hoefer的频率相关εe （ MTT 1983）：
εe= εc ·F(w/b，d/a， λ， εr )
其中，εc为截面上的有效介电常数，并由下式给出 εc=（ λ cf / λ cr ）
λ cf和λ cr分别为鳍线中的截止波长和等效的空气填充 脊波导的截止波长，修正因子F由数值计算获得。 (范围：1/16<w/b<1/4，1/32<d/a<1/4， εr=2.22和3等）
➢与矩形波导相比
✓ 鳍线的结构和尺寸都易于集成固态器件; ✓ 单模传输带宽更大，对金属矩形波导盒内壁公差的要求更为
宽松； ✓ 损耗更大。
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2.4鳍线
鳍线设计考虑的问题
➢ 导行波长和特性阻抗 ➢ 不连续性 ➢ 金属鳍的厚度 ➢ 腔体及装架槽 ➢ 损耗和Q值
✓ 鳍线可认为是准平面结构，既要制作电路图形，又要考虑金 属波导盒影响。
✓ 鳍线常用的基片材料有微纤强化覆铜板 （PTFE），如RTduroid 5880。
✓ 基片通常安放在矩形波导E面中心，用尼龙或者其他金属螺钉 固定装配。
✓ 为保持金属鳍和金属波导内壁的射频连续性，基片放置处的 金属波导宽壁壁厚应等于λg/4。
时退化成介质片加载波导。
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2.4鳍线
介质基片横移的情况
➢ 介质基片横移， λ g / λ有一定程度增加（w=0.1mm: 0.92增大到0.94）； ➢ 当w较大时，Zc随介质基片的横移有明显的降低(w=2mm:400降到330)。
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2.4鳍线
装架槽的影响
No Image
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小结
本章要点：
➢ 各种毫米波传输线概念和结构； ➢ 各种毫米波传输线的优缺点； ➢ 微带线的主要特性参数有哪些？ ➢ 矩形波导的特性参数计算和推导。
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2.4鳍线
➢ 当频率由低向高变化时， λ g / λ 下降，即频段高端的导行 波长小于低端的导行波长；Zc随频率变化不大。
➢ 当介质厚度增加时， λ g / λ和 Zc略微下降。 ➢ 相同频率下， λ g / λ和 Zc随槽宽的增大而增加。若槽宽
w=0.05mm,对应毫米波频段的特性阻抗为100~120。 ➢ 对于中等槽宽， λ g / λ和 Zc随频率变化更剧烈。当w接近b
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2.4鳍线
➢鳍线传播模式
✓ 鳍线传播的不是准TEM模，是TE和TM模系组成的混合模。 ✓ 若以TE模为主，习惯叫HE模（磁电模），若以TM为主，则
用EH模（电磁膜）表示。 ✓ 设计得当，可以保证传输的为主模TE10模，最高工作频率
140GHz。
➢鳍线的组成
1972年，P.J.Meier提出的鳍线（Fishline）: 一种由介质片支撑具有薄脊的加脊波导， 或者一种带有金属鳍的介质平板加载波导。
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2.4鳍线
双面做电路， 但损耗较大源自鳍线横截面结构示意图损耗小，最常用
低阻 抗电 路使 用
隔离鳍线，
（a）双侧鳍线；（b）单侧鳍线；（c）对极鳍线； 偏置 （d）单侧绝缘鳍线；（e）双侧绝缘鳍线
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2.4鳍线
a,b,εr,d公差的影响
➢ 鳍线电路设计过程中，对参量a和εr 的公差要求比对b和d的公差要求更 为严格。 电子科技大学电子工程学院《毫米波理论与技术》讲义
2.4鳍线
本征模的色散特性
➢ 分析单模工作带宽，则需分析 高次模的影响。
➢ 主模是HE1，其它为高次模。 ➢ 虚线的几种模式不会由TE10模