1 引言

矩形金屬波導是微波/毫米波頻段的重要傳輸線(xiàn)形式，由于其高功率容量和低損耗的特性，在各種微波/毫米波的天線(xiàn)、接收機、發(fā)射機、測試測量和低損耗部件中有廣泛的應用。目前，由于大多數固態(tài)器件（MIC,MMIC）都是基于平面電路應用，其中絕大部分為微帶電路。微帶－波導過(guò)渡作為為連接片面電路與波導系統的重要形式。具有體積小，結構簡(jiǎn)單，頻帶寬、損耗小等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應用。

關(guān)于微帶－波導過(guò)渡的分析、設計的文獻較多，有的還給出了特定形式下的設計參數，但由于在實(shí)際運用中，工作頻段、安裝方式以及介質(zhì)基片與文獻中不盡相同，需要設計師自行設計，而目前設計的方法多采用電磁場(chǎng)仿真軟件進(jìn)行參數計算、優(yōu)化，過(guò)程繁瑣，耗時(shí)巨大。提出了一種將電磁場(chǎng)仿真軟件與電路仿真軟件相結合的方法，可節省大量時(shí)間，但由于電路仿真軟件模型的不嚴格，使得最終結果與全電磁仿真軟件有所出入，需要進(jìn)一步調整參數。

本文介紹一種微帶－波導過(guò)渡的CAD設計方法，利用商用3維電磁仿真軟件Ansoft HFSS的后處理功能，將通常需要進(jìn)行場(chǎng)仿真計算的的5維變量，減少為2維半。且仿真結果與實(shí)際模型十分一致，從而快速、準確地完成微帶－波導過(guò)渡的設計。

2 設計方法

目前常用的微帶－波導過(guò)渡的方式為2種，都是將微帶探針從波導寬邊的中心插入，一種的介質(zhì)面垂直與波導傳輸方向，稱(chēng)為H面探針，如圖1所示，另一種介質(zhì)面平行于波導傳輸方向，稱(chēng)為E面探針，如圖2所示。本文介紹的方法對兩種微帶－波導過(guò)渡方式均適用，下面以Ka頻段的E面探針為例，詳細介紹微帶－波導過(guò)渡的設計方法。該方法適用于其他頻段的波導－微帶過(guò)渡設計。

圖1 H面探針

圖2 E面探針

微帶—波導過(guò)渡的構成形式如圖3所示，探針從波導寬邊的中心插入，在波導開(kāi)窗處用一段匹配段將阻抗匹配至50歐姆，由于匹配段的寬度通常比50歐姆傳輸線(xiàn)要細，因此將其稱(chēng)為高阻線(xiàn)。在某些情況下，除了高阻線(xiàn)還需要采用一段1/4波長(cháng)的阻抗變換段將阻抗匹配至50歐姆，以方便和MMIC相連。

圖3 微帶－波導過(guò)渡的基本形式

對微帶－波導過(guò)渡性能有較大影響的電路參數共5個(gè)，由表1列出。探針插入處波導開(kāi)窗的大小對性能也有一定影響，在設計時(shí)可先將其確定。一般的原則是開(kāi)窗越小越小越好，以形成截至波導。由于需要仿真來(lái)確定的電路參數較多，如果在電磁仿真軟件中進(jìn)行一個(gè)5維的參數掃描，將耗費大量時(shí)間，而且難以得到最優(yōu)值。通過(guò)等效模型和端口后處理，可以將需要在場(chǎng)仿真運算中掃描的參數減少到2.5維。