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。

通过设计矩形波导宽边开口的宽度和长度，使其达到将波导中的能量传播到微带线的要求，并抑制带内谐振，主要考虑到要对高次模进行抑制和衰减，开口不能过大，应该保证开口能够对高次模有20dB的衰减，通过仿真优化，观察gamma实部可确定其对高次模的衰减大小。

最后确定开口宽2.5mm，高1mm，可以满足衰减而且具有良好的输入输出驻波比。

由于参考论文得到相应的初始值,用HFSS建立如图5所示的探针过渡仿真模型,然后对重要参数进行扫参优化。

最终的参数结果:探针宽度w1为0.5 mm，探针长度L1为1.8 mm，高阻线宽度w2为0.3 mm，高阻线长度L2为0.1 mm，波导短路面至端口的距离D为8.6 mm。

图5探针过渡模型
四、设计结果及存在问题分析：
最终S21仿真结果如图6所示，可以看到，在整个Ka波段内，S21<0.08dB，信号能很好地传输，满足了指标的要求。

图6 S21仿真结果
最终S11仿真结果如图7所示，可以看到，在整个Ka波段内，S11<-22dB，信号反射很小，满足了指标的要求。

图7 S11仿真结果
经过初步设计及优化仿真，该过渡结构在Ka全频段达到了要求的指标，但是仍有一些不足。

这种结构只能用于仿真，实际加工中还有一些问题需要考虑，比如（1）在波导短路面及拐弯处设计倒角，便于加工；（2）为波导腔及约束腔内基板设计固定基板使其固定。