鳍线过渡的优化设计

Ｚ１６ １６９．８８０９
Ｚ１７
１５８．４２７８
ＺＩＢ １４７．７４６７
２１９
１３０．０００
根据特性阻抗，利用Ａｇｉｌｅｎｔ公司ＡＤＳ软件中的皿ｎ工具计算出每一段鳍线对应的槽宽，然后在ＡＤＳ中设计
出电路图，并进行优化仿真。优化后的电路如图２。 ３．３仿真结果 根据优化后的电路得到仿真结果如图３和图４。 由电路图以及仿真结果图３和图４可以看出．该鳍线渐变线实现了槽宽从０．１２ｍｍ到３．５５６ｍｍ，对应阻抗从 １３０１＂１到４８４１＂１的变换，在Ｋａ波段内回波损耗均小于一１５ｄＢ，插入损耗均小于０．１ｄＢ。其性能达到了设计指标。
图ｌ典型鳍线渐变线的电路结构
ｚ（ｚ）＝ｚ２ｅｆｈ（乏）
ｚ（ｚ）＝［±厄＋手（±４２－１干厄）］２
余弦平方渐变：
ｚ㈤＝ｚｚｏｏｓ［手一（笔）］ ｚ㈦－ｚ２心［手一（笔）专］
３电路设计与仿真
３．１设计指标 本文在设计电路时，主要针对单面鳍线进行优化仿真。鳍线使用ＲＴ—Ｄｕｒｉｏｄ５８８０基片，其相对介电常数￡，
Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ’・。ｔｏ‘－‘Ｆｉｎｌｉｎｅ
ＳｈｏｕＫａｎ９２，Ｑｕ
Ｔｒａｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｔ Ｋａ‘＿。ｂａｎｄ
Ｆｌｕ州，Ｆａｎ
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ｌＧｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｌｍｔｉｍｔｅ ＰＬＡ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２１０００７
ａｔ
ｌｏｓｓ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ一１５ｄＢ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：臼ｒａｎｄｉｆｉｏｎ，ｔａｐｅｒｅｄ ｆｋ，Ｊｍｅ，ＡＤＳ，Ｉ白一ｂａｎｄ
１引言
随着频谱资源拥挤问题的日益突出，对电子产品小型化、可靠性等方面要求的逐步提高，毫米波技术在无线 通信系统中的应用越来越广泛，各种毫米波集成电路（ＭＭＩＣ）应运产生。然而目前毫米波检测设备多数使用标 准矩形波导作为其接１：３，这就要求设计过渡转换装置，以实现两种不同结构传输线之同的过渡连接。完成不同特 性阻抗传输线之间的阻抗变换。常见的过渡转换装置有同轴线与矩形波导的转换、矩形波导与圆波导之间的转 换、矩形波导与微带线之间的转换以及矩形波导与鳍线之间的转换等［１】［２１。 文章采用鳍线渐变线的方法来实现矩形波导一鳍线的过渡，在壬（ａ波段实现插入损耗小于０．１ｄＢ。回波损耗 在一１５ｄＢ以下，并利用计算机辅助设计软件ＡＤＳ进行优化仿真。
Ｋａ波段矩形波导一鳍线过渡的优化设计
胡容１，范寿康２，曲丽蓉２，杨立３
１解放军理工大学通信工程学院研管大队２１０００７ ２三江学院２１００１２ ３解放军７１３７５部队２６１０４１
‘ｄｗｄｍｓｄｈ（鸯１２６．ｔｘｘ，ｎ，２ｆａｎｓｌｘｍｋａｎｇ＠１６３．ｔ］ｏｔｒｎ。２ｑｌｒ２００２（鸯１２６．锄２ｒａｎｇｌｉ＠１２６．（２０ｒｅ
ｌｉｎｅ ａｎｄ ａｐｐｌｉｅｄ ＡＤＳ ｓｏｆｔｗａｒｅ ０．１ｄＢ ａｎｄ ｔｈｅ
ｒｅｔｕｒｎ ｔＯ
ａ弛ａｂ啪ｄｌｙ
Ｋａ—ｂａｎｄ．
ｕｓｅｄ ｉｎ ＭＭＩＣ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｔｈｅ ｔｒａｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｉｉｎｌｉｎｅ ｔａｐｅｒｅｄ
ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｔｈｉＳ ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈｅ ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ １０６ｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｔｒａｎｄｉｔｉｏｎ ｉｓ ｂｅｌｏｗ
４２２
的鳍线渐变线。其中叫表示均匀鳍线的槽宽，ｂ表示与鳍线连 接的矩形波导的窄边长度，，表示渐变线的长度，Ｚ（２）表示任意 位置ｚ处渐变线的特性阻抗，Ｚｌ、Ｚ２分别为ｚ＝ｚ和ｚ＝０时的 特性阻抗，即需要变换两端的特性阻抗。 为了在宽频带内实现比较好的过渡，并且尽量减少物理尺 寸，渐变长度Ｚ通常选取最低传输频率对应的一个导引波长。 鳍线渐变线可以选取不同的变换函数，不同的变换函数对带内 的插损以及回波损耗表现出一定的差异。下面列出常用的变换 函数及其对应的特性阻抗函数表达式…。 指数线渐变： 抛物线渐变： 余弦渐变：
参考文献
（１］薛良金．毫米波工程基础［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社．２００４． ［２］范寿康，卢春兰，李平辉．微波技术与微波电路［Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００５
［３］ＭｅｉｅｒＰＪ．Ｔｗｏ唧ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｇｉｒＬ＇ｌ／ｉｔｍｅｄｉａｗｉｔｈ ｓｐｅ吐ａ ａｄｖａｎｔａｇｅｓａｔｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ［Ｊ】．ＩＥＥＥＭｒｒＳｙｍｍｓｉⅢｎＩ）ｉｇｅｓｔ，Ｍａｙｌ９７２：
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３６
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４０
图３
Ｓｌｌ仿真结果
图４￥２１仿真结果
４结束语
针对Ｋａ波段矩形波导一鳍线的过渡作了理论分析，设计了简单适用的指数线鳍线渐变线，并利用Ａｇｉｌｅｎｔ公 司ＡＤＳ仿真软件进行优化和仿真。仿真结果表明，此鳍线过渡线具有较小的插入损耗和回波损耗，是实现矩形 波导一鳍线过渡的较好选择。
摘要：针对矩形波导一鳍线过渡在毫米波集成电路中的广泛应用．从理论上研究了采用鳍线渐变线设计此过渡的方法，并利
用ＡＤＳ软件进行优化仿真。其结果表明，该方法能够实现Ｋａ波段内插入损耗小于０．１ｄＢ。回波扭耗小于一１５ｄＢ的设计指标 要求。
关键词：过渡，鳍线渐变线，ＡＤ６。Ｋａ波段
Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ
Ｉｄｗｄｍｓｄｈ＠１２６．０３１ｍ。２ｆ删１６３．（９１．ｎ。２ｑｌｒ２０ ２（鱼１２６．锄．３
２Ｃｏｎｅｇｅ ｏｆ ＳａｎＪｉａｎｇ ２１００１２ ３Ｔｈｅ Ｎｏ．７１３７５ Ｕｎｉｔ ｏｆ ＰＬＡ ２６１０４１
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ－ｔＯ—Ｆｍｌｉｎｅ ｔｒａｎｄｉｔｉｏｍ
Ｉ（ａ波段最低频率为２６．５ＧＨｚ，根据Ａ＝÷得到对应的波长Ａ＝１１．３ｍｍ，由理论分析中得渐变长度ｚ＝
１１．３ｍｍ。在实际电路中一般采用不同槽宽的若干段鳍线来逼近鳍线渐变线，段数取的越多，理论上渐变线的插 入损耗和回波损耗越小。综合考虑系统性能和系统复杂性，本文采用１９段鳍线来进行逼近，其中前１８段均为 ０．６ｍｍ，第１９段为Ｏ．５ｍｍ。选取指数渐变线作为变换函数，根据基本理论部分介绍的特性阻抗计算公式可以算 出每一段鳍线对应的特性阻抗，结果如表１。 表１各段鳍线特性阻抗（单位：Ｑ）
２基本理论
鳍线是１９７２年由Ｐ．Ｊ．Ｍｅｉｅｒ提出的一种准平面结构的毫米波传输线【３ｊ，它具有频带宽、色散小、损耗比微带 线低，以及便于和其他毫米波器件集成的优点，在目前的毫米波器件中应用非常广泛，因而设计矩形波导一鳍线 过渡具有很大的实用性。按照平面电路的形式，鳍线可以分为单面鳍线、对称鳍线以及正反对称鳍线Ｈ Ｊ【引。 矩形波导一鳍线的过渡通常包含两部分结构，一部分是利用鳍线渐变线将鳍线槽宽逐渐变化到与金属波导 尺寸相匹配，另～部分是利用Ａ。／４变换器实现渐变线末端介质基片与空波导接口的匹配。本文讨论第一部分鳍 线渐变线的设计。 鳍线渐变线在电路中的位置以及典型的电路结构如图１所示（１Ｊ．右边部分为均匀鳍线，左边部分为需要设计
４２３
Ｓ口ｔ＝２５ ＯＨｚ Ｓ钾Ｏ－４２ ５■ｆｔＯ ３
ＧＨｚ ＧＨｚ
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【仁２ ２２
Ｆｄ－ｔＯ
２５●ｍｍ
ｍｍ
Ｆ●＝，１１２
Ｆｂ・，５辅ｍｍ
Ｃ０１ｄ＝１
ＯＥ＋５０
图２鳍线渐变线ＡＤ６仿真电路图
ｍｌ ｆｆｅｑ＝２６ ５０ＧＨｚ ｄＢ（ｓ（１，Ｉ））＝１７ ４７３ 叫 ｍ２ ｆｒｅｑ＝ｄ ＯＯＯＧＨｚ ｄＢ（Ｓ（ ｍ３ ｆｒｅｑ＝２６ １ ０ＧＨｚ １２８ ｍ２ ０ ｍ４ ｆｒｅｑ＝４０ ００ＧＨｚ ｄＢ（Ｓ（２ Ｉ）产－０ ０８５
２２２—２２３．
［４］ＩｎｄｅｘＢａＮ．ＰｒａｋａｓｈＢｈａｒｔｉａ．微波固态电路设计［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００６ ［５］甘仲民，张更新，王华力，等．毫米波通信技术与系统［Ｍ】．北京：电子工业出版社，２００３．
作者简介 胡容，女，１９８３年生，解放军理工大学通信工程学院研管大队，硕士生，主要研究方向为微波通信、虚拟仪器。
Ｚ１ ４８４．００００
Ｚ２
４５１．３６９３
Ｚ３
４２０．９３８５
ｚ－
ｚ５
３６６．０９３３
Ｚ‘
３４１．４１１７
Ｚ，
３９２．５５９３
３１８．３９４１
ＺＢ
２９６．９２８４
Ｚ９
２７６．９０９８
Ｚ１０ ２５８．２４０８
Ｚｌｌ
Ｚ１２ ２２４．５９４０
Ｚａ ２０９．４５２１
Ｚｔ４ １９５．３３１１
２４０．８３０５
Ｚ１５ １８２．１６２１
＝２．２２．基片厚度ｄ＝０．２５４ｍｒｎ，均匀鳍线槽宽Ｗ＝０．１２ｍｍ，波导尺寸为Ｗ陀８（３．５５６×７．１１２ｍｍ２）。在ｌ（ａ波段
（２６．５－－４０ＧＨｚ）内，实现槽宽从０．１２ｍｍ变换到３．５５６ｍｍ，对应阻抗从１３０ｆｌ变换到４８４１２，其带内插入损耗小于
０．１皿，回波损耗小于一１５ｄＢ。
３．２电路设计
４２４