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Ka波段波导到微带的对脊鳍线过渡分析
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2017-11-09
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1 引言
在毫米波系统中，射频电路都由一些无源和有源功能部件组成。从原则上讲，各种毫米波传输线都可制作出与之相应的无源部件。但目前，毫米波频段的无源部件还是以矩形波导结构为主。随着毫米波集成电路技术的飞速发展，微带线作为现有毫米波集成电路中一种十分重要的传输媒介得到了广泛的应用。无源电路广泛的应用于微波、毫米波电路中，无源电路在微波电路中扮演着极其重要的角色。可以用一句话来概括无源电路，无源电路就是为了满足某种传输方程而采用的电路形式和微波传输系统。而在微波的高端，尤其是毫米波电路，常常采用的是波导、微带线、鳍线和共面波导。在本论文中主要涉及到波导-对脊鳍线-微带线的过渡结构，故本论文主要涉及此方面的理论、电路仿真等内容。
2 过渡设置
2.1 波导-微带过渡结构
目前，所有毫米波检测设备大多以标准矩形波导作为其输入的RF接口，因而平面集成电路性能检测都必须通过具有带宽特性的过渡装置来完成。对这些过渡装置的基本要求是：
（1）传输损耗要低，回波损耗要高，应该有足够的频带宽度，能够保证射频信号在带内单向低耗的传输。
（2）装卸容易，并具有良好的重复性和一致性。
（3）与电路协调设计，并便于加工制作。
标准的矩形波导与微带的过渡结构有多种方式。最常用的是矩形波导-脊波导-微带、波导-微带探针-微带以及波导-对极鳍线-微带过渡等。在本论文中我采用的是波导-对极鳍线-微带的过渡形式，这种形式的过渡结构具有频带宽、插损小，安装方便等特点，而且可以通过调节中间的谐振块的大小使谐振频率远离我们的输出频率。
2.2 鳍线的基础知识
1972 年P.J. Meier提出了便于制作新型毫米波混合集成电路的准平面结构——鳍线（Finlines）。把鳍线看成一种准平面结构，是由于它的整个电路图形包括有源器件在内都并入在一块介质平板上，而其电路设计又要考虑到金属波导盒的影响。如果设计得当，就可保证鳍线中传播的主模为准TE10模。
图1为经典的所示为经典的波导－对极鳍线－微带过渡。在整个过渡段长度l内，两个金属鳍制作在基片两面以组成一圆弧型渐变段。圆弧之外，一个鳍用作微带接地面，并与波导下部相连，而且其短接点与过渡相隔一微小距离。过渡特性取决于圆弧半径R。电路中所附加的金属面S起抑制谐振的作用，因为在工作频段内渐变下面的无金属区可能出现谐振现象。
在毫米波系统中，射频电路都由一些无源和有源功能部件组成。从原则上讲，各种毫米波传输线都可制作出与之相应的无源部件。但目前，毫米波频段的无源部件还是以矩形波导结构为主。随着毫米波集成电路技术的飞速发展，微带线作为现有毫米波集成电路中一种十分重要的传输媒介得到了广泛的应用。无源电路广泛的应用于微波、毫米波电路中，无源电路在微波电路中扮演着极其重要的角色。可以用一句话来概括无源电路，无源电路就是为了满足某种传输方程而采用的电路形式和微波传输系统。而在微波的高端，尤其是毫米波电路，常常采用的是波导、微带线、鳍线和共面波导。在本论文中主要涉及到波导-对脊鳍线-微带线的过渡结构，故本论文主要涉及此方面的理论、电路仿真等内容。
2 过渡设置
2.1 波导-微带过渡结构
目前，所有毫米波检测设备大多以标准矩形波导作为其输入的RF接口，因而平面集成电路性能检测都必须通过具有带宽特性的过渡装置来完成。对这些过渡装置的基本要求是：
（1）传输损耗要低，回波损耗要高，应该有足够的频带宽度，能够保证射频信号在带内单向低耗的传输。
（2）装卸容易，并具有良好的重复性和一致性。
（3）与电路协调设计，并便于加工制作。
标准的矩形波导与微带的过渡结构有多种方式。最常用的是矩形波导-脊波导-微带、波导-微带探针-微带以及波导-对极鳍线-微带过渡等。在本论文中我采用的是波导-对极鳍线-微带的过渡形式，这种形式的过渡结构具有频带宽、插损小，安装方便等特点，而且可以通过调节中间的谐振块的大小使谐振频率远离我们的输出频率。
2.2 鳍线的基础知识
1972 年P.J. Meier提出了便于制作新型毫米波混合集成电路的准平面结构——鳍线（Finlines）。把鳍线看成一种准平面结构，是由于它的整个电路图形包括有源器件在内都并入在一块介质平板上，而其电路设计又要考虑到金属波导盒的影响。如果设计得当，就可保证鳍线中传播的主模为准TE10模。
图1为经典的所示为经典的波导－对极鳍线－微带过渡。在整个过渡段长度l内，两个金属鳍制作在基片两面以组成一圆弧型渐变段。圆弧之外，一个鳍用作微带接地面，并与波导下部相连，而且其短接点与过渡相隔一微小距离。过渡特性取决于圆弧半径R。电路中所附加的金属面S起抑制谐振的作用，因为在工作频段内渐变下面的无金属区可能出现谐振现象。
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