一種新型的波導—微帶密封過(guò)渡結構

1 引言

電磁信號在不同傳輸媒介之間的轉換一直是微波和毫米波技術(shù)研究的重要內容。在毫米波頻段，為便于測試、天饋以及獨立微帶電路之間的連接，常常需要將微帶電路輸入、輸出端口通過(guò)轉換結構過(guò)渡到矩形波導。在需要將信號作一段距離的傳輸時(shí)，也經(jīng)常將電路從微帶轉換至波導，以降低傳輸損耗。因而采用微帶的毫米波集成電路往往都必須包含波導—微帶過(guò)渡接口。

在實(shí)際應用中，過(guò)渡器的一個(gè)不可忽視的附加因素是氣密要求。很多微帶電路，特別是軍用微帶電路，為保證能在各種惡劣環(huán)境條件下性能的穩定性，對系統的氣密性提出了更高的要求。另外，目前的微波毫米波電路正在向小型化的趨勢發(fā)展，為了便于整體電路的小型化設計，過(guò)渡器的體積和接口方向也成為一個(gè)重要的考慮因素。目前常用的矩形波導—脊波導—微帶過(guò)渡、波導—微帶探針過(guò)渡和波導—對極鰭線(xiàn)—微帶過(guò)渡結構都不能很好的解決氣密的問(wèn)題，而且波導上開(kāi)口較大，對矩形波導內的場(chǎng)分布也將產(chǎn)生較大的擾動(dòng)。波導—同軸探針—微帶過(guò)渡常常被用來(lái)解決氣密的問(wèn)題，一般的形式大家都已經(jīng)很熟悉，與傳統的波導—同軸探針—微帶過(guò)渡不同本文介紹的過(guò)渡結構在保證氣密的基礎上，將微帶線(xiàn)從直通方向引出。

2 基本原理

我們可以把深入波導的探針看成一個(gè)天線(xiàn)，若同軸線(xiàn)接波源，向波導所限定的方向輻射電磁波，一般地說(shuō)，只要電磁波的電場(chǎng)或磁場(chǎng)分量與波導某模式的電場(chǎng)或磁場(chǎng)分量一致，該模便會(huì )被激勵。根據互易定理，若波導口接波源，那么此時(shí)能量也能從波導中被耦合出來(lái)。探針從波導的短路面插入，與波導內的電場(chǎng)方向垂直，探針會(huì )對波導內的場(chǎng)結構產(chǎn)生影響（如圖1），這樣是不能把能量耦合出去的，所以就要從探針的正上方插入一根調節螺釘，對波導內的場(chǎng)結構產(chǎn)生擾動(dòng)（如圖2）。探針和螺釘的頂面之間就會(huì )形成一個(gè)電容，能量是可以從這個(gè)電容上被耦合出去的。

圖1 探針附近的電場(chǎng)矢量

圖2 插入調節釘后波導內的電場(chǎng)結構

3 仿真設計

根據理論分析可知，螺釘的位置和長(cháng)度、探針的長(cháng)度是影響過(guò)渡結構性能的因素。將探針從短路面中間插入，調節螺釘從波導寬邊的中間插入，螺釘位于探針尖端的正上方附近，設調節螺釘的半徑為變量R1，調節螺釘的長(cháng)度為變量D，調節螺釘與短路面的距離為變量C，探針的長(cháng)度為變量L，探針的半徑為變量R2，利用Ansoft公司的商用軟件HFSS建立模型進(jìn)行仿真。調節這幾個(gè)變量可以得到一個(gè)較好的效果如圖4所示。

圖3 過(guò)渡結構的側面剖視圖和波導口入視圖

圖4 過(guò)渡結構優(yōu)化結果

由圖中可以看出，在27G-32G之間的一段頻率內，過(guò)渡結構有較好的性能，插損小于0.2dB。