微带-波导转换教材
微波技术 第四章 微带和表面波波导
同轴线
扁带同轴线
带状线
3
Microwave Engineering:stripline & microstrip
WBJS
带线
带状线具体结构
– 两块相距为b的接地板，中间放入宽w，厚t的导体，中间填入均匀 的介质。
Microwave Engineering:stripline & microstrip
25
WBJS
特性阻抗的闭式
特性阻抗
– 空气微带Zc0的精确解由Wheeler给出，闭式解由Gupta给出 – Gupta的工作分为分析和综合两大部分 – 1.分析工作(Z01=Zc )
分析问题
求解 Z01 , e
已知 W / h, r
60 h W Zc ln 8 0.25 h e W 1 2 r 1 r 1 h W 1 12 0.04 1 e 2 2 W h
1
W k th , 2b 1 1 ln 2 K (k ) 1 K (k ) 1 1 ln 2 1
0≤k≤0.7 0.7≤k≤1
Microwave Engineering:stripline & microstrip
1/ 2
r 1 0.11 0.23 r 1 r
Microwave Engineering:stripline & microstrip
10
WBJS
特性阻抗的闭式
2 x m 2 1 3 1 x t x b
上述公式对于范围W/(b-t)<10 ，精度可达0.5%
双脊波导和微带转换 -回复
双脊波导和微带转换-回复双脊波导和微带转换是在无线通信领域中常用的两种传输线结构。
它们在信号传输过程中起到了重要的作用。
本文将分别介绍双脊波导和微带转换的特点、工作原理以及在通信系统中的应用。
一、双脊波导双脊波导是一种具有双层薄膜结构的传输线。
它主要由两个薄金属膜和夹层介质组成。
与传统的狭缝波导相比，双脊波导的优势在于其低损耗和高效率的传输特性。
双脊波导工作原理如下：通过在金属膜上刻蚀出一对平行而相互间隔的脊线，使得电磁波在薄金属膜之间的空气夹层中传输。
由于脊线的存在，电磁场会集中在夹层中，从而减少了能量的损耗。
双脊波导具有较低的传输损耗和较高的功率承受能力，因此在射频和微波领域中得到了广泛的应用。
双脊波导在通信领域中的应用主要是用于耦合和分离微波信号。
例如，它可以用于天线与无线设备之间的信号传递，可以实现信号的高效能量转移。
双脊波导还可以用于射频模拟混频器、混频器等器件中，用于实现信号的混合、分频和合频操作。
二、微带转换微带转换是一种常用的微波传输线结构，它由导电性底板、绝缘层和导向电缆组成。
微带转换相比于传统的波导结构，具有结构简单、成本低廉等优点。
微带转换的工作原理如下：当微波信号通过导向电缆进入微带转换时，信号首先通过导电性底板和绝缘层传输，然后在转换区域中进行能量转换。
转换区域通常由两个宽度不同的导电性金属片组成。
通过调节金属片的长度和宽度，可以实现信号的阻抗匹配和频率响应的调节。
微带转换在通信系统中被广泛应用于天线、滤波器和功率分配网络等组件上。
微带转换在通信系统中的应用非常广泛。
例如，它可以用于天线和馈线之间的阻抗匹配，实现信号的传输和能量的转移。
微带转换还可以用于射频滤波器中，实现对特定频段信号的选择和滤波。
此外，微带转换还可以用于功率分配网络中，实现对不同信号功率的分配和控制。
总结：双脊波导和微带转换是在通信领域中常用的传输线结构。
双脊波导具有低损耗和高功率承受能力的特点，常用于耦合和分离微波信号。
微带线转波导
微带线转波导
微带线转波导是一种将微带线转换为波导的技术，通常用于将微波信号从微带线传输到波导。
微带线是一种常见的微波传输线，它由一个介质基片和覆盖在其上的金属层组成。
微带线通常用于在集成电路和微波系统中传输信号。
然而，微带线的传输损耗较大，并且其信号辐射较强，容易受到干扰。
波导是一种具有特定形状的空心金属管，它可以将电磁波限制在其内部传播。
波导通常用于在长距离上传输高功率的微波信号。
微带线转波导的目的是将微带线中的信号转换为波导中的信号，以实现长距离传输或减少信号辐射。
这种转换可以通过使用适当的变换器和/或转换结构来实现。
在微带线转波导的过程中，需要注意以下几点：
1.信号质量的保持：由于微带线和波导的传输特性不同，信号可能会受到一
些损失。
因此，需要采取措施来确保信号的质量得到保持。
2.阻抗匹配问题：微带线和波导的阻抗可能不同，因此需要进行阻抗匹配，
以避免信号反射和能量损失。
3.辐射问题：由于微带线和波导的传输特性不同，信号的辐射特性也会有所
不同。
因此，需要注意防止信号泄漏和干扰其他设备。
4.成本问题：微带线和波导的成本可能较高，因此在设计时需要考虑成本因
素，以选择合适的材料和设计方法。
总之，微带线转波导是一种将微波信号从微带线传输到波导的技术，可以实现长距离传输或减少信号辐射。
在设计过程中需要注意信号质量的保持、阻抗匹配、辐射问题和成本问题。
微带转波导_二分之一波长_概述及解释说明
微带转波导二分之一波长概述及解释说明1. 引言1.1 概述本文将对微带转波导以及二分之一波长特性进行概述和解释说明。
微带转波导作为一种重要的高频电磁场传输结构，广泛应用于通信、雷达、卫星通信、医疗和生物传感器等领域。
而二分之一波长在微带转波导中具有特殊的应用价值和优势。
1.2 文章结构本文将按照以下结构进行论述：第一部分为引言，简要介绍本文的概要和目标；第二部分将给出对微带转波导的定义和原理的详细阐述；第三部分将深入探讨二分之一波长的特性，并阐明其在微带转波导中的应用；第四部分将总结并解释微带转波导技术在通信、雷达、卫星通信以及医疗和生物传感器领域中的应用领域；最后，我们给出文章的结论，并提出进一步研究建议。
1.3 目的本文旨在系统介绍微带转波导和二分之一波长，在读者了解基本原理并深入理解应用领域后，为相关领域的研究者和工程师提供指导意见和启示。
通过对该技术的深入了解，读者将能够更好地应用微带转波导和二分之一波长，推动相关技术的发展和创新应用。
2. 微带转波导的定义和原理：2.1 微带线的概念:微带线是一种具有平面形状的传输线结构，由一层介质基板和金属箔片组成。
其基本结构如下：在一个绝缘基底上布满了金属片。
微带线具有宽度、长度和厚度三个方向的尺寸，通常宽度远大于厚度。
2.2 转波导的概念:转波导是指将微带线连接至其他类型的传输线或者天线时所采用的过渡结构，以实现不同类型传输特性之间的转换。
转波导可以通过多种方式实现。
2.3 微带转波导的原理:微带转波导是指在电磁学中，在微带线与其他传输线或天线进行连接时所引入的转换结构。
它通过控制电场、磁场和表面等离子体等因素来改变相位和幅值特性，从而实现信号在不同传输介质中的平滑过渡。
微带转波导技术主要包含以下几个方面：- 能够降低杂散回波: 微带转波导能够有效地减少反射损耗，提高传输效率。
通过在转换结构中引入阻抗匹配和反射抑制技术，可以实现最小化的反射功率。
波导到微带转换电路 设计报告
波导到微带转换电路学生姓名：学号：单位：时间:2010年5月6日一、技术指标：请设计一只Ka波段波导到微带转换电路。
其技术指标要求如下：工作频率：26.5~40GHz输入/输出驻波比：<1.2dB插入损耗：<1.0dB二、理论分析目前常用的微带－波导探针过渡的方式有两种，都是将微带探针从波导宽边的中心插入，一种是介质面垂直与波导传输方向，称为H面探针，如图1所示，另一种介质面平行于波导传输方向，称为E面探针，如图2所示。
本课题采用的是E面探针过渡，下面详细介绍本课题中的微带－波导过渡设计方法。
图1 H面探针图2 E面探针微带—波导过渡的构成形式如图3所示，探针从波导宽边的中心插入，任一个沿探针方向具有非零电场的波导模将在探针上激励起电流。
探针附近被激励起的高次模存储无功功率的局部场，使接头具有电抗性质。
由于探针过渡具有容性电抗，一段具有感性电抗的高阻线被串联在探针过渡器后面，以消除容性电抗，然后利用四分之一阻抗变换器实现与混频电路内微带传输线的阻抗匹配。
对微带－波导过渡性能有较大影响的电路参数共5个，由表1列出。
探针插入处波导开窗的大小对性能也有一定影响，在设计时可先将其确定。
一般的原则是开窗越小越小越好，以形成截止波导。
探针距波导终端短路面的长度D我们取四分之波导波长,因为终端短路后，波导内形成驻波，波节间距离为二分之波导波长，取四分之波导波长的短路长度，可以保证探针在波导内处于最大电压，即电场最强的波腹位置，以达到尽量高的耦表1影响微带-波导过渡性能的参数三、设计过程：确定中心频率为大气窗口35GHz，频段为26.5GHz到40GHz。
确定矩形波导尺寸、基板的材料和尺寸以及微带金属条带的初始尺寸并建立模型。
此处采用WR-28标准矩形波导，尺寸为7.112mm*3.556mm，基板材料选用Rogers5880型基片，厚度为0.254mm，相对介电常数为2.2，微带金属条带厚度为0.035mm，由ADS中LineCalc 计算得中心频率35GHz处50欧姆微带线宽度为0.754mm。
Ka频段宽带微带-波导转换
针 - 微带线的方式实现。这样的实现方式具有插入损耗小、可密封、装配一致性好、可靠性高的优 点 。 文中 给出 了 转换 的设 计 方法 及脊 波 导参 数的 计 算公 式以 计 算转 换的 各 项参 数。 设 计完 成后 采 用 电 磁场 软件 进 行优 化仿 真 ，并 根据 仿 真结 果制 作 实物 进行 测 试。 最后 给 出了 转换 实 物的 测试 数 据。从测试数据可以看到，转换在整个 Ka 频段内具有良好的性能，插入损耗小于 0.3 dB ，驻波小 于 1.5 。还可针对具体使用频段进行优化，以进一步提高性能。文中提出的转换完全能够满足实际 工程应用，具有良好的应用前景。 关键词 ： Ka 频段；宽带；微带线；脊波导；绝缘子；阻抗匹配 中图分类号 ： TN814 文献标志码 ： A doi ： 10.11805/TKYDA201702.0243
Ka 频段宽带微带 -波导转换
林 勇 1 ，韩少博
2
(1. 中 国 电 子 科技 集 团 公司 第 13 研 究 所 ， 河北 石 家 庄 050051 ； 2. 吉 林 大学 电 子 科学 与工 程 学 院， 吉林 长 春 130431)
摘
要 ：研究了在 Ka 频段上，宽带微带到波导的转换技术。转换通过波导 - 脊波导 - 绝缘子探
??sbda????0??????abfig1sectionofridgewaveguide????c??zvib?b?2图1脊波导截面示意图??1sin2???tan?cos2dy2???01???bda????0??????ab????c??zpv?????2?3?db2adsin2dcossin2???????222??2?12????????lncosec??cos2????????ba2b24bsin24????c?????1?????????z2zpivi4zpv式24中
双脊波导和微带转换 -回复
双脊波导和微带转换-回复双脊波导和微带转换是无线通信中常用的两种传输线。
它们各有特点，在不同场景下有着广泛的应用。
本文将详细介绍双脊波导和微带转换的原理、特点以及应用，帮助读者全面了解这两种传输线。
首先，我们来介绍双脊波导。
双脊波导是一种层状传输线结构，在大规模集成电路和微电子器件中广泛应用。
它由一层导电材料的上下两个区域夹着一层绝缘材料构成。
通过在导电层上加上两条脊线，形成了一个双脊结构。
双脊波导可以传输高频信号，具有优异的线性和非线性特性。
双脊波导的工作原理是利用电磁波在导电层中传播的方式进行信号传输。
电磁波通过脊线和导电层之间的介质进行耦合，进而在导电层中传输。
双脊波导的传输损耗很低，能够有效地减少信号的衰减。
此外，双脊波导的结构紧凑，能够实现高度集成的电路设计。
双脊波导在微波设备和光纤通信系统中的应用非常广泛。
它可以用于实现高速、低噪声的放大器和滤波器设计，同时还可以用于电子线路的布线和连接。
双脊波导还在毫米波、太赫兹和光子学等领域有着重要的应用，为这些领域的研究和开发提供了有效的工具。
接下来，我们将介绍微带转换。
微带转换是一种常用的信号传输和耦合方式，在微波和射频电路中广泛应用。
它由两个导电层和一个介质层构成。
其中一个导电层是微带线的信号传输层，另一个导电层用于对地。
介质层则用于隔离和支撑两个导电层。
微带转换的工作原理是通过电磁场在导电层和介质层之间的耦合来实现信号传输。
当电磁波通过微带线时，会在介质层和地层之间形成一种特殊的电场和磁场分布，从而实现信号传输。
微带转换具有结构简单、方便制作、易于集成等优势，在微波通信和射频领域得到广泛应用。
微带转换主要用于实现微波网络中的阻抗匹配和信号耦合。
它可以用于天线设计、滤波器设计、功率分配和噪声耦合等方面。
此外，微带转换还广泛应用于微波电路板和集成电路设计，为无线通信和射频电子设备提供了重要的技术支持。
综上所述，双脊波导和微带转换是两种常用的传输线。
Ka波段波导-微带转换电路
Ka 波段波导-微带转换电路摘 要:本文在了解矩形波导、微带线的传输理论及分析了Ka 波段波导-微带转换电路的特性后，利用HFSS 仿真软件对它进行仿真并优化，设计出了Ka 波段波导-微带转换电路。
满足实验要求：在Ka 频段26.5GHz~40GHz 内的输入/输出驻波比≤1.2，插入损耗≤1.0dB 。
关键词：Ka 波段，微带线，矩形波导，HFSS ，转换电路Abstract ：After the understanding about the transmission theory of rectangular waveguide and micro-strip line and the analysis of the speciality of Ka-band waveguide micro-strip transform circuit, this paper will design the Ka-band waveguide micro-strip transform circuit by the simulation and optimization of HFSS. It meets the requirements: the input/output standing wave ratio is 1.2 within the Ka frequency range 26.5GHz~40GHz and the insertion loss is 1.0dB.Key word ：Ka-band ，Micro-strip, Waveguide, HFSS , Transform circuit1. 引言波导-微带转换电路是各种雷达、通讯、电子对抗等系统中最重要的一种无源转接过渡，又是各系统的重要组成部分，它性能的好坏直接影响系统的性能。
随着微波集成电路的发展，微带线又是微波、低频段毫米波电路的主要传输线，而实现波导-微带的过渡就成了人们日益关注的问题。
基片集成波导与微带线的转换设计
基片集成波导与微带线的转换设计随着通信技术的发展，无线通信系统越来越广泛地应用于日常生活和工业生产中。
在无线通信系统中，波导和微带线是常见的传输介质。
波导是一种用于传输电磁波的管道，其优点是低损耗、高传输效率和较大的带宽，但是波导的制作成本较高，体积较大，无法直接集成于集成电路中。
而微带线是一种用于传输微波信号的导行线，在集成电路中易于制作和集成，但是其损耗较大，带宽较小，因此在实际应用中需要将波导与微带线进行转换。
波导与微带线的转换设计是无线通信系统中的重要环节，其设计需要考虑到传输效率、损耗、带宽和制作成本等多方面因素。
本文将重点介绍基片集成波导与微带线的转换设计。
基片集成波导与微带线的转换设计是指将波导和微带线集成在同一电路板上，并设计出高效的波导与微带线之间的转换结构。
基片集成波导与微带线的转换设计既可以利用波导的优点，又可以利用微带线的优点，从而在无线通信系统中取得更好的性能。
基片集成波导与微带线的转换设计主要包括以下几个方面：波导与微带线之间的传输结构设计、波导与微带线之间的阻抗匹配设计、波导与微带线之间的传输效率和损耗分析、基片集成工艺等。
首先，波导与微带线之间的传输结构设计是基片集成波导与微带线的转换设计的重要部分。
传输结构的设计需要考虑到波导与微带线的特性，并设计出合适的结构来实现波导与微带线之间的信号传输。
目前常用的波导与微带线之间的传输结构有耦合槽、耦合窗、天线和耦合结构等，这些结构的设计需要考虑到波导与微带线的工作频率、阻抗匹配和传输效率等因素。
其次，波导与微带线之间的阻抗匹配设计是基片集成波导与微带线的转换设计的关键环节。
阻抗匹配设计需要将波导与微带线的阻抗进行匹配，从而实现波导与微带线之间的高效能量传输。
阻抗匹配设计需要考虑到波导与微带线的特性、工作频率、波导结构和微带线结构等因素。
第三，波导与微带线之间的传输效率和损耗分析是基片集成波导与微带线的转换设计的重要内容。
波导-微带转接结构
波导-微带转接结构
波导-微带转接结构是一种用于将波导信号转换为微带信号，或者将微带信号转换为波导信号的结构。
这种结构通常由波导、微带线、转换器等部分组成。
在波导-微带转接结构中，波导和微带线之间的转换是通过转换器实现的。
转换器通常由金属薄膜、绝缘层和基板等材料构成。
当波导信号进入转换器时，金属薄膜会感应出电流，电流产生的磁场与波导中的电磁场相互作用，从而将波导信号转换为微带信号。
相反，当微带信号进入转换器时，金属薄膜会感应出电压，电压产生的电场与微带线中的电场相互作用，从而将微带信号转换为波导信号。
在设计和实现波导-微带转接结构时，需要考虑以下几个因素：
1.频率范围：根据需要转换的信号频率范围选择合适的转换器材料和结构。
2.插入损耗：转换器在将波导信号转换为微带信号或微带信号转换为波导信号时，会产生一定的插入损耗。
需要选择插入损耗较小的转换器材料和结构。
3.带宽：转换器的带宽应该足够宽，以适应需要转换的信号带宽。
4.稳定性：转换器应该具有较高的稳定性，以避免由于温度、湿度等因素引起的性能变化。
5.尺寸和重量：在选择转换器材料和结构时，需要考虑尺寸和重量等因素，以便在实际应用中方便使用。
总之，波导-微带转接结构是一种重要的微波毫米波器件，在雷
达、通信、电子对抗等领域有着广泛的应用前景。
微带--波导转换Waveguide-to-Microstrip
Narrow Band Ridge Waveguide-to-Microstrip Transition for Low Noise Amplifier at Ku-BandZahid Yaqoob Malik, Abdul Mueed, Muhammad Imran NawazCentre for Wireless CommunicationNational Engineering and Scientific CommisionAbstract- A compact Ku-band waveguide-to-microstrip transition integrated with low noise amplifier is designed. It acts as an interconnect between waveguide antenna and RF receiver modules. The transition design consists of standard waveguide WR62, a cavity for the low noise amplifier and a solid transformer section in the form of a staircase called ridge. The ridge is fixed in the bottom wall of a waveguide with the help of a screw. The centre conductor of a coaxial connector is brought near this transformer but doesn’t touch the transformer; these elements together with the back of the staircase and an adjacent portion of the bottom wall define a magnetic field coupling loop. This design methodology gives us narrow bandwidth of 500MHz at Ku-band and hence eliminates the need for a filter in receiver section for specific applications.I.I NTRODUCTIONLower loss of waveguide at higher frequencies above X band is advantageous as compared to the coaxial line. At higher frequencies, waveguide-to-microstrip transitions replace waveguide to coaxial transitions to act as interconnects between modules and antennas. These transitions can be also be made to operate at Millimeter wave bands. Waveguide is made from a single conductor which usually propagates a dominant TE mode, having a cutoff frequency below which the waveguide is highly attenuative.Most of the transitions are designed to operate within the frequency band of dominant mode propagation only. As compared with coaxial line, waveguide modes have impedance characteristics that tend to make transition design more challenging. The impedance of each of waveguide modes changes with frequency. In addition, the impedances of standard waveguides are much greater than 50 ohms, typically a few hundred ohms. Consequently, the bandwidth for most waveguide-to- microstrip transitions rarely reaches the full dominant mode bandwidth [1].Microstrip-to-waveguide transitions have been widely used in testing and evaluating millimeter-wave hybrid and monolithic integrated circuits and combining integrated circuits with waveguide components [2]. The present transition relates to a ridge waveguide-to-microstrip line transition for an amplifier which uses a field effect transistor (FET) or the like. Generally, a waveguide-to-coaxial line transition or a waveguide-to-microstrip line transition is employed to supply an FET with a microwave signal coming in through antenna [5]. The transition apparatus may off-course utilize the magnetic field associated with the electromagnetic wave energy propagating in the waveguide. If the inner conductor of the coaxial transmission line is utilized as a probe to couple to this magnetic field, then the longitudinal axis of the coaxial line may be aligned with the propagating axis of the waveguide. With such an orientation of axes, the overall structure requires less space than those depending upon electric field coupling [6].This transition provides a simplified and compact structure for waveguide-to-coaxial transmission line. This transition consists of three main subassemblies. The first part is a standard Ku-band waveguide WR62. The second part is impedance transforming section which is mounted in the WR62 waveguide with the help of a screw, the third part is the low noise amplifier cavity having the centre pin of coaxial transmission line. This pin is brought close to the staircase transformer to a side with the waveguide on one end and other end is connected to the alumina substrate used for the low noise amplifier in the cavity. Rest of the paper is organized as follows. The design of the ridge is discussed in section II. Section III discusses simulation work. In section IV, manufacturing details and test results are presented. The work is concluded in section V.II.D ESIGN OF THE R IDGEImpedance Matching Section is designed to match the higher impedance of a waveguide section to a coaxial line, the general practice is to decrease the narrow dimension of the waveguide, that is, the distance between the broadwalls of a rectangular waveguide in a series of steps so as to arrive at an internal dimension that achieves an acceptable impedance match with a satisfactory voltage standing wave ratio (VSWR). The impedance matching transformer (ridge) consists of five quarter wave sections as shown in figure 1. These sections take the form of a staircase of individual steps. The heights of the steps which are generally unequal are chosen in accordance with a set of numerical coefficients referred to as Techbyscheff coefficients [3]. The distance AB between the cavity wall and the end face of the first step is between 0.01λ and 0.1 λLNA cavity is approximately one quarter of a wavelength. The width of each step is generally between one third and onethe first transformer section. This impedance level is dependentFig.1. Ridge Designupon the impedance of the particular coaxial line (50 ohm in this case) and the particular waveguide (WR62 in our case). We have finally adjusted all the above mentioned critical distances using HFSS software.III.S IMULATION OF T RANSITIONWe have simulated the above said transition in the HFSS and after some optimization the transition met the designed specifications, at this stage we freeze the dimensions and generated a physical model. The HFSS model of the transition is shown in figure2 and the final dimensions of the transformer are depicted in figure 3.The results of the simulation are given below:Fig.2. HFSS ModelFig.3. Ridge DesignFig.4. Input Return LossFig.5. Output Return LossFig.6. Insertion loss of the TransitionThe figure 7 shows the model of the complete ridge waveguide-to-microstrip transition with LNA cavity. The details of the LNA design are beyond the scope of this paper and hence will not be discussed.Fig.7. CAD Model of the Ridge Waveguide-to-Microstrip Line Transition with Low Noise amplifier cavityIV. M ANUFACTURING & T EST R ESULTSThe above mentioned Ridge Waveguide-to-Microstrip Line Transition with Low Noise amplifier cavity is manufactured in parts and finally integrated using silver conductive epoxy (aluminum or laser welding can also be used). The pin is connected to the Alumina with 1 mil gold bonding wire in order to connect it with amplifier circuit in the LNA cavity. The pictures of individual three parts and integrated assembly is presented below:Fig.8. Integrated AssemblyFig.9. Ridge TransformerFig.10. Waveguide FlangeFig.11. WaveguideThe manufactured transition Ridge Waveguide-to-Microstrip Line Transition with Low Noise amplifier cavity was tested in two steps. In the first step LNA cavity was filled with transmission line and VSWR and Insertion loss was measured using Vector Network Analyzer. The values of dimensions CD, AB and HT are adjusted real-time for best results. The measured results are given below:Fig.12.Input Return LossFig.13.Output Return LossFig.14.Insertion LossThe input and output return losses are found to be 10dB and 14dB respectively in desired 500MHz bandwidth. Also the insertion loss is found to be 2.2dB. Then low noise amplifier was built inside the cavity and measured with the help of vector network analyzer and noise figure meter the results were satisfactory and are presented below:Fig.15.Input Return Loss Fig.16.Output Return LossFig.17. Gain S21Fig.18. Isolation S12TABLE IP ERFORMANE OF LNA WITH W AVEGUIDE-TO-M ICROSTRIPT RANSITIONV.C ONCLUSIONSA Narrow Band Ridge Waveguide-to-Microstrip Line Transition for Low Noise Amplifier at Ku Band is designedand manufactured. The structure is very compact, and it createsa hermetic seal without any additional piece in a waveguide.The transition is compatible with MMIC technology, because itcan be integrated easily in the bottom of MMIC housing. The transition is ideally suited for future mm-wave applications using alumina for MMIC substrate and circuitry housing. It canbe used without an additional filter needed in front of LNA inthe receivers.A CKNOWLEDGEMENTSWe would like to thank Mr. Zahir Hussain Babar for his technical support. We would also like to thank Mr. Hassan Mansoor of Mechanical Design Realm for manufacturing facilities and suggestions.R EFERENCES[1] Eric Holzman, “Essentials of RF and MicrowaveGrouding” Artech House Boston/London.[2] Hui-wen Yao, Amr Abdelmonem, Ji-Fuh Liang andKawthar A. Zaki, “A Full Wave Analysis of Microstrip-To- Waveguide Transitions”, 1994 IEEE MTT-S Digest. [3] Hui-wen Yao, Amr Abdelmonem, Ji-Fuh Liang andKawthar A. Zaki, “Analysis and Design of Microstrip-To- Waveguide Transitions”, IEEE TRANSACTIONSON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES,VOL.42,NO.12,DECEMBER 1994.[4] Paul Wade, “Rectangular Waveguide to Coax TransitionDesign”.[5] EUROPEAN Patent Application, Publication number0074613.[6] United States patent, Patent Number 3737812.。
毫米波宽带H面波导微带转换结构
毫米波宽带H面波导微带转换结构李钰;翁鹏飞【摘要】微带探针的波导微带的转换结构基于直接插入波导的微带探针激励方法设计，是一种用于毫米波单片微波集成电路（MMIC）芯片封装测试的波导－微带转换结构。
运用微带探针直接插入波导进行场的激励方式，可使得整体结构更加简单、紧凑，并且具有无需焊接和安装方便等优点。
利用三维电磁仿真软件（HFSS）对Ka波段波导的H面探针方式波导－微带转换装置进行了仿真与优化设计，结果表明在26.5-40 GHz的波导全带宽内，端口的反射系数小于-20 dB，带内损耗小于0.3 dB。
%The probe conversion structure of waveguide to microstrip is based on the microstip probe excitation method into the waveguide in the designation. And it is used in the monolithic microwave integrated circuit (MMIC) for the measure of the chip and packaging. Based on the microstrip probe into waveguide to conduct the field mode excitation, it can be more simple, compact and easy installation. Using the three-dimensional electromagnetic simulation software (HFSS) in the Ka band for the simulation and optimization of the waveguide to microstrip structure, the results shows the reflection coefficient of port is less than-20dB, the insertion loss is less than 0.3dB in the 26.5-40 GHz band.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2015(000)024【总页数】3页(P90-92)【关键词】波导微带转换;宽带;微带探针;H面【作者】李钰;翁鹏飞【作者单位】华东师范大学上海 200062;华东师范大学上海 200062【正文语种】中文【中图分类】TN302随着毫米波技术在现代无线通讯系统中的广泛应用，对各种高性能单片微波集成电路（MMIC）的需求也日益迫切。
双脊波导和微带转换
双脊波导和微带转换双脊波导和微带转换是微波电路中常用的两种传输线结构，它们在微波电路设计中具有重要的作用。
本文将分别介绍双脊波导和微带转换的基本原理、特点和应用，并对两者进行比较和分析。
一、双脊波导1.基本原理双脊波导是一种用于微波电路中的传输线结构，其工作原理是通过两条金属脊上的电磁波互相耦合传输信号。
其中一条脊传输主要信号，另一条脊作为耦合器，用于将信号从一条脊传输到另一条脊上。
2.特点（1）较高的传输效率：双脊波导能够实现较高的传输效率，其传输损耗较低，可以在微波电路中实现较长距离的信号传输。
（2）较低的串扰和互模干扰：双脊波导由于采用了耦合结构，可以有效地减少信号之间的串扰和互模干扰，提高信号质量和可靠性。
（3）较宽的带宽：双脊波导可以实现较宽的工作带宽，适用于多种频率范围的信号传输。
3.应用双脊波导主要应用于微波通信、雷达系统、天线等领域。
在微波通信中，双脊波导被用于微波信号传输，可以实现高速、稳定的数据传输。
在雷达系统中，双脊波导作为信号传输线，可以实现雷达系统对目标的精确探测和跟踪。
在天线中，双脊波导被用于天线网络中的信号传输线，可以提高天线性能，增强信号的接收和发射能力。
二、微带转换1.基本原理微带转换（Microstrip Transition）是一种用于微波电路中的传输线结构，其工作原理是通过一个微带线和其他类型的传输线之间的转换，实现信号的连续传输。
2.特点（1）小型化：微带转换采用微带线作为基础传输线，具有小尺寸、轻质和易加工的特点，适合于要求体积小的微波电路设计。
（2）较低的制造成本：微带转换的制造成本相对较低，适合于批量生产和大规模应用。
（3）易于集成：微带转换可以与其他微带线结构和微波器件进行集成，方便实现复杂的微波电路设计。
3.应用微带转换广泛应用于微波集成电路（MMIC）、天线、滤波器等领域。
在微波集成电路中，微带转换被用于集成不同类型传输线之间的转换，方便信号的传输和处理。
微带-波导转换教材
波导-微带转换电路刘云生201222040512设计目的：设计一只Ka波段波导到微带转换电路。
其技术指标要求如下：工作频率：26.5~40GHz输入/输出驻波比：<1.2插入损耗：<1.0dB一、设计思路微带探针转换是目前应用最为广泛的波导-微带过渡形式并且它有明显的优点。
它的插人损耗低,回波损耗小,具有较大频宽,且其结构紧凑,加工方便,装卸容易。
图1和图2中所示为常用微带探针转换结构图，我们采用H面微带探针转换的结构。
探针从波导宽面插入，并且探针平面与波导窄面垂直。
微带过渡段我们采用渐变结构。
通过优化探针插入深度d，微带变换器的长度1L，探针和微带变换器各自宽度,1s s，波导的微带插入处到波导短路处的距离L，得到满足指标的结果。
图1 H面微带探针转换结构图图2 E面微带探针转换结构图二、设计过程：（1）利用ADS软件里的微带计算工具得出中心频率为33.5GHz处的微带的宽度0.77，如图3所示。
Sx mm图3 50欧姆微带线宽（2）在HFSS中建立仿真模型如图4所示，包括微带金属条，微带基板，以及包围空气腔三部分。
利用对称性以YZ面为对称面切掉一半可以减少计算时间。
图4 仿真模型（3）设置三部分的材料属性，其中微带金属条为PEC，微带基板为Duriod5880（厚度0.254mm=）。
包围空气=，相对介电常数 2.2腔设为真空（默认）。
（4）设置波端口1,2。
都为1个模式，如图5。
图5 波端口1 波端口2（5）设置边界条件如图6。
其中微带被包围空气腔的上面设置辐射边界，对称YZ面设置为Prefect H面。
图6 边界条件（6）设置求解，扫频。
然后设置5个优化变量（优化探针插入深度以及微带变换器的长度,1s s，波导的微带插入处到波d L，宽度,1导短路处的距离L），优化目标即为设计指标。
三、设计结果及存在问题分析：通过优化得到最佳优化值如下图7中所示：图7 优化变量优化结果为：图8 优化结果图驻波比在整个频段内均小于1.2，插入损耗在整个频段内均小于0.3dB，故在全频段内满足设计要求。
Ku频段波导微带转换的设计与分析
Ku频段波导微带转换的设计与分析陈小忠;闫书保【摘要】Designs and processes a waveguide-microstrip converter applied in Ku band by using HFSS software. The waveguide-microstrip converter adopts the probe plane and narrow waveguide wall vertical structure. Simulation of return loss small than -30dB, insert loss less than 0.3dB, actual test return loss is less than-18dB, single loss is 0.3dB.%利用HFSS仿真软件,设计并加工一个用于Ku频段的波导微带转换器.该波导微带转换采用探针平面与波导窄壁垂直的结构. 两端口仿真回波小于-30dB,差损小于0.3dB,实际测试回波小于-18dB,单个波导微带转换端口差损为0.3dB.【期刊名称】《现代计算机（专业版）》【年(卷),期】2015(000)018【总页数】4页(P58-61)【关键词】HFSS仿真;波导微带转换;Ku频段【作者】陈小忠;闫书保【作者单位】广州海格通信集团股份有限公司,广州 510663;广州海格通信集团股份有限公司,广州 510663【正文语种】中文随着微波技术的发展，往往要求能量在不同的介质中进行传输。
而且微带线正逐步取代金属波导，成为微波电路小型化的重要部分。
就目前而言，波导微带过渡主要有脊波导、过渡鳍线、微带探针等几种形式。
脊波导与微带的连接通常采用硬压力接触，这就导致其性能与压力接触相关，所以其可靠性较差。
鳍线存在较多的电磁波模式，而且对其进行抑制较为困难，另外，鳍线在截至频率时会产生一个纯电抗特性的源阻抗或负载阻抗，使有源器件处于不稳定区域，容易出现自激。
HFSS 微带波导转换例子
W1 L1
S1 S2
4-19
设置优化目标/选择优化器
4-20
优化结果
Ansoft LLC
0.00
XY Plot 1
Prob_1
Curve Info
-10.00
dB(S(1,1)) Setup1 : Sw eep1 dB(S(2,1)) Setup1 : Sw eep1
-20.00
Y1
-30.00
4-4
综合50欧姆线宽
4-5
某同学建立的仿真模型
4-6
模型中材料设置
4-7
模型中端口设置
端口1 波端口 1个模式
端口2 波端口 1个模式
4-8
模型中边界设置
空气盒上盖 设为辐射边 界。
4-9
模型中波导开孔
1.5mm
0.4mm
4-10
模型中存在的问题
未利用对称性；
4-12
波导与高次模的耦合
a1是开口宽度，f=112Ghz，L0=2mm。保证波导中 的能量绝大多数耦合到微带中。
每毫米耦合小 于-20dB
4-13
频率高端插损随开口宽度变化
Ansoft LLC
0.00
XY Plot 2
Prob_3
-0.50
-1.00
dB(S(2,1))
-1.50
Curve Info dB(S(2,1)) Setup1 : Sw eep1 a1='1mm' dB(S(2,1)) Setup1 : Sw eep1 a1='1.1mm' dB(S(2,1)) Setup1 : Sw eep1 a1='1.2mm'
HFSS 05_微带波导转换例子
4-2
W波段波导
波导型号：WR-10 a×b=2.54mm×1.27mm
4-3
中心频率1/4波导波长
4-4
微带介质基片
微带基板：Rogers RT/duroid 5880 Εr=2.2；tanδ=0.0009 H=0.127mm; t=0.018mm
4-5
综合50欧姆线宽
4-6
-40.00
-50.00 70.00 75.00 80.00 85.00 90.00 Freq [GHz] 95.00 100.00 105.00 110.00 115.00
4-22
优化变量
4-23
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 习题
请你设计一个Ku波段的微带波导转换电路，波导规 格R140，尺寸axb=15.7988x7.8994mm。微带使用 Fr4材料，0.508mm厚。要求覆盖整个波导工作频 率范围 11.9-18GHz。
Ansoft LLC
0.00
XY Plot 2
Prob_3
-0.50
-1.00
dB(S(2,1))
-1.50
Curve Info dB(S(2,1)) Setup1 : Sw eep1 a1='1mm' dB(S(2,1)) Setup1 : Sw eep1 a1='1.1mm' dB(S(2,1)) Setup1 : Sw eep1 a1='1.2mm'
t0018mm46综合50欧姆线宽47某同学建立的仿真模型48模型中材料设置49模型中端口设置1个模式410模型中边界设置空气盒上盖设为辐射边411模型中波导开孔15mm04mm412模型中存在的问题计算时间与网格数量n的平方成正比
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
波导-微带转换电路
刘云生
201222040512
设计目的：
设计一只Ka波段波导到微带转换电路。
其技术指标要求如下：
工作频率：26.5~40GHz
输入/输出驻波比：<1.2
插入损耗：<1.0dB
一、设计思路
微带探针转换是目前应用最为广泛的波导-微带过渡形式并且它有明显的优点。
它的插人损耗低,回波损耗小,具有较大频宽,且其结构紧凑,加工方便,装卸容易。
图1和图2中所示为常用微带探针转换结构图，我们采用H面微带探针转换的结构。
探针从波导宽面插入，并且探针平面与波导窄面垂直。
微带过渡段我们采用渐变结构。
通过优化探针插入深度d，微带变换器的长度1L，探针和微带变换器各自宽度,1
s s，波导的微带插入处到波导短路处的距离L，得到满足指标的结果。
图1 H面微带探针转换结构图
图2 E面微带探针转换结构图
二、设计过程：
（1）利用ADS软件里的微带计算工具得出中心频率为33.5GHz处的微带的宽度0.77
，如图3所示。
Sx mm
图3 50欧姆微带线宽
（2）在HFSS中建立仿真模型如图4所示，包括微带金属条，微带
基板，以及包围空气腔三部分。
利用对称性以YZ面为对称面切掉一半可以减少计算时间。
图4 仿真模型
（3）设置三部分的材料属性，其中微带金属条为PEC，微带基板为Duriod5880（厚度0.254mm
=）。
包围空气
=，相对介电常数 2.2
腔设为真空（默认）。
（4）设置波端口1,2。
都为1个模式，如图5。
图5 波端口1 波端口2
（5）设置边界条件如图6。
其中微带被包围空气腔的上面设置辐射边界，对称YZ面设置为Prefect H面。
图6 边界条件
（6）设置求解，扫频。
然后设置5个优化变量（优化探针插入深度以及微带变换器的长度,1
s s，波导的微带插入处到波
d L，宽度,1
导短路处的距离L），优化目标即为设计指标。
三、设计结果及存在问题分析：
通过优化得到最佳优化值如下图7中所示：
图7 优化变量
优化结果为：
图8 优化结果图
驻波比在整个频段内均小于1.2，插入损耗在整个频段内均小于0.3dB，故在全频段内满足设计要求。
设计中需要注意的问题：
（1）利用对称性可以减少网格数量，缩短计算时间。
（2）端口2有多个模式，需要设置为1个模式。
（3）微带厚度不为零。
（4）设置包围空气腔要将微带基板包围。
（5）微带波端口（端口2）设置不能太小，否则会造成人为遗漏部分场。
（6）约束腔开口宽度选取要适当，当波导开口的横向尺寸变小以后，波导中边壁横向尺寸的突变会带来额外的反射。
因此，横
向开口的尺寸也不是越小越好。
选择的原则是不能传播高次模，并对高次模有足够衰减的前提下越大越好。
腔体滤波器设计报告设计下表中所示的通路2对应的滤波器
一、理论分析
（1）腔体耦合滤波器的介绍
腔体耦合滤波器是一种具有普遍意义的窄带滤波器结构。
研究这种结构的设计具有重要意义。
在谐振腔数量相同的条件下，广义切比雪夫滤波器在通带附近的具有选择性好、插损小的特点。
滤波器的谐振腔体有多种类型，包括介质谐振器、同轴谐振器、波导谐振器、螺旋谐振器和平面结构谐振器等。
（2）选择滤波器腔体结构考虑的因素
腔体体积；Q值；寄生通带；可调范围可实现的带寛；耦合结构；耦合结构的灵敏度；对不需要模式的耦合隔离；功率容量；温度稳定性等。
（3）腔体耦合滤波器设计的基本思路
从集中参数低通原型出发，经过频率变换获得集中参数电路模型。
然后用不同的结构去实现。
由耦合矩阵出发设计腔体耦合滤波器。
二、设计过程：
(1)利用CoupleFil软件来确定设计参数。
受温度漂移、击穿功率和群时延等技术指标的限制，滤波器设计的工作带寛要比用户要求的带寛宽一些。
通常，设计带寛比用户要求大20%左右。
由此得出采用7腔直接耦合即可满足指标，以下为7腔设计的参数图：
（2）单腔仿真
选择梳状结构腔体，梳状结构腔体的大小和杆的粗细主要影响腔体Q值。
可根据谐振杆的尺寸适当选择腔体尺寸和谐振杆其它尺寸的初值。
通过单腔仿真应该获得如下信息：1工作模式的谐振频率；2通过计算与工作模式相邻模式的频率，确定寄生通带的大概位置；3通过计算腔体Q值，确定滤波器的插损；4通过计算腔体内的场分布，确定滤波器电场最大点的位置和场强。
仿真模型如下：
（3）腔体间耦合结构仿真
通常，腔体间主耦合通道选择空间耦合或膜片耦合。
探针耦合和耦合环耦合常用于交叉耦合。
直接耦合较少采用。
如果不考虑耦合结构所占的空间大小，我们可以选择空间耦合作为腔体间的耦合结构。
建立耦合结构模型全部材料选择理想材料（金属=PEC；介质无耗）；如果，不关心寄生通带的影响，计算模型可以利用对称性。
仿真模型如下：
（4）设计输入输出结构
使用容性耦合，容性耦合的特点：1电耦合；2耦合量与天线和杆之间的距离以及耦合点的位置有关。
仿真模型如下：
（5）得到HFSS仿真模型并且得出仿真结果
三、设计结果及存在问题分析：
仿真结果如下：
讨论：
一般要对最后的滤波器实体模型作参数分析；优化和稳定性分
析，同时PASS数足够大和误差的设置足够小，才可以保证仿真中结果的收敛。
通常，对滤波器的优化是在等效电路分析的阶段。
参数分析使用实体模型是在部分结构分析中使用。
如果，实体模型正确，仿真方法得当，计算结果是可信的。
实验不足讨论：
由上述图形可知该滤波器的带内平坦度并不是太好，而且带外抑制性也有待提高，总而言之就是矩形系数并未达到要求。