基于基片集成波导和液晶材料的小型化微波毫米波无源器件研
究
随着无线通信技术和集成电路的迅猛发展,现代电子系统除了具备高性能外正向着高集成度、小型化、多频/多模、多功能和低成本等趋势快速发展。高性能且小型化的微波毫米波无源器件作为系统中的关键组成部分,对整个系统实现高度集成化起着重要作用,成为了
当前无源器件研究领域的热点和难点。本文重点对基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)和液晶(Liquid crystal,LC)材料技术在小型化微波毫米波无源器件设计方面的应用进行了系统
的研究,设计并实现了一系列小型化、频率可调谐的滤波器和功分器等微波毫米波无源器件。本文的主要研究工作及创新点如下:1.基于新型缺陷地结构的SIW/半模基片集成波导小型化无源器件研究针对SIW结构应用于微波频段电路面积较大的问题,提出了采用新型缺陷地结构(Defected Ground Structure,DGS)加载SIW和半模基片集成波导(Half Mode Substrate Integrated Waveguide,HMSIW)的小型化无源器件设计方法。首先,利用一对U形槽嵌套一对E形槽构建了一种新型SIW-DGS单元,该DGS有效地提高了等效电感和等效电容,并增强了边带选择性和阻带抑制能力;进一步地,利用HMSIW的小型化特性,对U形槽的两端进行折叠改进,构建了一种具有高边带选择性的
新型HMSIW-DGS单元。在此基础上,结合SIW/HMSIW的高通特性和DGS 的低通特性形成带通响应的方式,设计了宽阻带抑制性能的SIW带通滤波器和高选择性的HMSIW带通滤波器。由于DGS所产生的慢波效应
可有效减小SIW/HMSIW的径向长度,使得所设计的滤波器具有紧凑的电路面积。其次,利用U形槽DGS加载HMSIW结构产生的五模谐振特性,设计了一种具有滤波功能的小型化宽带功分器,相比于传统HMSIW 谐振腔功分器尺寸减小80%。2.基于基片集成折叠波导的高选择性小型化滤波器研究针对高选择性小型化毫米波滤波器设计,提出了一种采用电磁混合耦合技术的基片集成折叠波导(Substrate Integrated Folded Waveguide,SIFW)滤波器设计方法。通过在传统SIFW谐振腔内蚀刻弯折槽线(Meandered Slot-Line,MSL)和加载感性金属柱的方式构造了一种SIFW电磁混合耦合谐振结构。该结构可以获得两个谐振频率相近的谐振模式,从而采用一个SIFW谐振腔可以设计更加紧凑的两阶滤波器。同时,由于电磁混合耦合特性可以在滤波器通带的上边带或者下边带产生传输零点,从而增强带外选择性。在此基础上,利用所提出的SIFW电磁混合耦合结构,在Ka波段实现了一系列新型的准椭圆滤波器。与普通SIW谐振腔滤波器相比,该系列滤波器可节省50%以上的电路面积,并具有较高的带外选择性。3.基于倒置微带结构的小型化液晶可调无源器件研究利用液晶材料在微波频段的电控介电各向异性,提出了双模倒置微带谐振结构的小型化液晶可调无源器件设计方法。将液晶材料填充到多层基片的内部,通过具有紧凑结构尺寸的双模倒置微带谐振器来实现器件整体尺寸的减小和液晶用量的减少,然后利用液晶的介电常数可电控特性实现电路的调谐特性。在此基础上,采用双模倒置微带方环谐振器设计了液晶可调滤波器;采用双模倒置微带开环谐振器设计了液晶可调滤波功分器,实现
了滤波和功率分配两种功能的无源器件小型化集成。实验结果表明:该液晶可调滤波器和液晶可调滤波功分器分别实现了500 MHz和520 MHz的中心频率调谐,相比于普通谐振单元的液晶可调无源器件尺寸减小65%,验证了液晶材料在可调无源器件设计方面的可行性。4.基于基片集成波导/基片集成同轴线的小型化液晶可调滤波器研究针对液晶材料技术在高Q值、高功率容量、高信号隔离和低辐射平面传输结构中的应用,提出了基于SIW和基片集成同轴线(Substrate Integrated Coaxial Line,SICL)腔体谐振器的液晶可调滤波器设计方法。通过将液晶材料封装在SIW腔体内部并结合嵌入在SIW腔体内的贴片电极,解决了SIW结构的固有短路特性,并设计了三阶SIW谐振腔的液晶可调滤波器,验证了电偏置SIW液晶可调滤波器的可行性。进一步地,利用SICL的小型化特性构建了液晶可调半波长SICL腔体谐振器,并将其应用于设计紧凑型液晶可调滤波器。相比于SIW液晶可调滤波器,该SICL液晶可调滤波器可节省55%以上的电路面积,并具有良好的传输响应和边带选择性。
万方数据
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第１０卷第ｌＯ期曾策，高能武，林玉敏：ＬＣＰ基板在微波／毫米波系统封装的应用 的厚度。极薄的ＬＣＰ基板有利于微波／毫米波系统的高密度互联和小型化。 ＬＣＰ同ＰＩ一样，也是一种挠性基板。这项性能的潜在应用是构造非平面天线，如拱形天线、可折叠天线等。 ２．６可形成复杂的多层结构 用较低熔点（２８０℃）的ＬＣＰ薄膜作为粘接层，较高熔点（３１５℃）的ＬｃＰ基板作为“芯板”，采用成熟的ＰＣＢ工艺，可形成复杂的多层结构。如图３所示【１３】。 图３一种。二ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ”的ＬＣＰ多层电路结构 复杂的多层结构类似于Ｌ，ＴＣＣ基板，可以埋入电阻、电容、电感等无源器件。ＬＣＰ多层压合工艺温度远较ＬＴｃｃ低，因此可以在基板内部直接埋置ＭＭＩＣ等有源器件。ＬＣＰ单层基板厚度最薄可低至２５¨ｍ，仅为一般Ｕ℃Ｃ的１／４，因此多层ＬＣＰ基板可实现更高的集成度密度。 此外，ＬＣＰ基板也可与其他有机基板材料（如ＰＴＦＥ、ＦＲ４等）进行混合层压，以满足特定的需求。２．７其他 作为电路基板材料，ＬＣＰ在耐化学／环境、耐辐射，气体释放、阻燃特性、介电强度，重量等方面均有很好的表现，并且适合于空间应用。此外，作为聚合物材料，ＬｃＰ也有一些缺点，比如导热率低，并非完全气密，成本相对于ＰＩ等材料较高等。总之，ＬＣＰ作为一种新型基板材料，其综合性能优异，在微波／毫米波系统应用中有着非常强的吸引力。 ３ＬｃＰ基板在微波／毫米波系统中的应用 近年来，基于ＬＣＰ基板的微波／毫米波电路应用研究发展迅速，最重要的研究方向是系统级封装ＳｏＰ（ＳｙｓｔｅｍｏｎＰａｃｌ【ａｇｉｎｇ）技术的应用。ＳＯＰ的重要技术特征之一是采用功能化的基板，在基板中埋入无源和有源器件，实现系统化的集成。ＳｏＰ的概念示意图如图４所示。 ３．１微波／毫米波传输和信号过渡 常规的微带线、带状线、共面波导测试结果与仿真结果非常接近：在１００¨ｍ厚的ＬＣＰ基板上，微带线插损仅Ｏ．１ｌｄＢ／ｍｍ＠４０ＧＨｚ，与哪Ｅ基板几乎一致。 图４ｓＯＰ概念示意图（Ｂｒｙ锄ｃｈｒｉｓｔｉｅ设计）１１哪 ＳＯＰ中过孔（Ｖｉａ）用于微波／毫米波信号的层间垂直互联。得益于ＬＣＰ材料的低介电常数，过孔带来的不连续性可以通过控制尺寸得到优化Ｉ５１。 ３．２电阻．电容和电感器件的埋置 电阻材料一般为ＮｉＰ、Ｎｉｃｒ或ＮｉｃｒＡｌＳｉ，方阻值２０￣２００可选。采用溅射或者蒸发工艺，直接在ＬＣＰ基材上制作；也可以选用附电阻膜铜箔（如商品化的的Ｔｃ妒或ｏｈｍｅｇａ－Ｐｌ旷），采用热压工艺与ＬｃＰ基材结合，然后通过蚀刻减成工艺形成电阻。不通过激光调阻，可达到±２０％的阻值精度。 极薄的ＬＣＰ基材本身就可以作为高Ｑ值的电容使用。对高容值的电容需求，应选用填充陶瓷粉末的高介电常数薄膜（如３Ｍ公司的Ｃ—Ｐｌｙ）混合层压，实现＞ｌｎＦ／ｃｍ２的电容密度。 ＭｅｋｉｔａＦ．Ｄａｖｉｓ等人【１５】研究了在ＬＣＰ基板上集成的电感性能，发现采用分布在两层的多圈电感，可以很容易获得Ｑ＞１６５的３．４ｎＨ的电感，而面积仅为Ｏ．６ｍｍ×０．６ｍｍ。 ３．３集成微波／毫米波无源器件 基片集成平面波导（ｓｌｗＧ）基于经典的矩形波导理论，是一类重要的微波／毫米波元件。它品质因素高，易于和基板集成，是ＳＯＰ中常用到的单元电路，如图５所示。 图５一种ＬＣＰ基板制造的毫米波ＳＩＷＧ滤波器 利用ＬＣＰ基板的多层结构优势，可类似于ＬＴＣＣ基板，集成多种形式的滤波器、功分器、耦合器、巴伦等。实现微波／毫米波无源器件在基板内的高度集成，是ＳＯＰ技术有别干ＭｃＭ和ＳＩＰ的关键特性。３．４有源器件的埋入和封装 ＬＣＰ材料本身具有很高的气密性，属于。几乎气 ．７．万方数据
无源器件和有源器件概念及常见分类 天缘博客有硬件应用这个栏目，但是很少有硬件知识总结，今天再来一篇，不知道天缘网友有多少做过硬件设计的，当然了硬件里还分数字和模拟，在大公司里还要细分，比如模拟还分高低频、前端后端模块、布板等，数字还分DSP、逻辑CPLD等等，实际上硬件比软件更有意思，对硬件感兴趣的网友可以看看，天缘博客今后一段时间仍会以系统、软件应用为重点，穿插一些硬件基础文章，必要的时候，也会跟网友一同关注硬件设计。 天缘之前写过一篇关于dB知识的文章《dB、dBm、dBc、dBi、dBd 单位的区别与比较》，本文似乎算是第二篇纯硬件类，从整体上介绍一下硬件器件的常见分类：有源和无源知识。一、无源器件和有源器件概念 无源器件（Passive Device）是指工作时不需要外部能量源（Source Energy）的器件。 有源器件（Active Device）则是指工作时需要外部能量源（Source Energy）的器件，该器件有个输出，并且是输入信号的一个函数。 备注： 1、有源器件和无源器件都是翻译名称，实际上从英文名称更好理解，Active表示活跃、主动、可变之意，而Passive器件则有被动、消极等意思。 2、以上说的能量源并不只是指电源，也可能指光、波等，都是天缘根据自己理解下的定义，跟网上的一些说法可能有所出入。 二、常见有源器件
分立器件： LED二极管（LED）、三极管（Transistor）、场效应管（Field Effective Transistor，FET）、可控硅（SCR）等。 模拟集成电路： 模拟乘法器（Analog multiplier）、模拟除法器（Analog divider）、模拟开关（Analog Switches）、比较器（Comparator）、控制电源（Controlled Power）、指数放大器（Index Amplifier）、集成运放（Integrated Operational Amplifier）、对数放大器（Logarithmic Amplifier）、稳压器（Regulators）、功率放大器（Power Amplifier，PA）、锁相环（Phase Lock Loop，PLL）、发射器（Transmitter）、波形发生器（Waveform Generator）等。 数字集成电路： 编码器（Encoder）、比较器（Comparator）、计数器（Counter）、译码器（Decoder）、驱动器（Driver）、逻辑门（Logic Gate）、触发器（Trigger）、寄存器（Register）、可编程逻辑器件（PLD）、单片机（Single-Chip Microcomputer ，SCM）、DSP（Digital Signal Processor，DSP）等。
教你看懂微波毫米波同轴连接器 说到微波电路，就不能不提及同轴连接器。不管你的电路是在哪个频段，只要它是需要在频谱仪，网络分析仪等仪器上面测量，你就需要用到同轴连接器。 同轴连接器的种类有很多：SMA、SMB、SMC、APC-7、K接头等等。不管你使用的是哪种连接器，在使用前都需要注意其适用的频率范围。连接器的频率范围都受限于同轴结构中的第一个圆形波导传播模式的激励。减小外导体直径将增加可使用的最高频率; 用绝缘体填充空间会降低可使用的最高频率和增加系统损耗。而所有连接器的性能都受接插件接口质量的影响。如果内外导体的直径偏离设计要求的尺寸、电镀质量差、或连接处间隙大，都会使接口的反射系数和电阻性损耗降级。这就是为什么同样的一种连接器，质量好的能够用在更高的频率，而且驻波系数更小的原因，当然假如你的电路频率比较低原创：关于微波毫米波同轴连接器的知识，或者就只是一个测试版，在要求不高的情况下，你直接在城隍庙买几个十几块的那种也就冇所谓啦。 下面简单介绍下几种在测量和测试应用中常用的连接器。 APC-7 (7mm) 连接器 在所有18GHz连接器中，APC-7( Amphenol 精密连接器-7 mm)具有最低的反射系数，可提供重复性最好的测量。这种连接器在1960 年代由HP 和Amphenol 两公司联合开发。这是采用无极性设计的连接器，能适合有最苛刻要求的应用，尤其是计量和校准应用的要求。 1.0 mm 馈通 馈通适配器的一端是1.0mm 的阴性接头，另一端上是玻璃至金属的密封接口。它适用于从同轴至微带线封装或电路板的超高频(达110 GHz) 信号跳变。 2.92 mm 连接器 也就是我们平常所用的K接头。1983年，Wiltron 公司的William.Old.Field高级工程师在总结和克服先前推出的毫米波连接器的基础上，研制出的一种新型的K型连接器。它能在DC-46GHz频带范围内使用，具有良好的电性能，且能与现在已广泛使用的SMA连接器兼容，而且很快地被广大制造商认可，且成为目前国际上应用最为广泛的毫米波接头之一。2.92mm 连接器能与SMA和3.5 mm连接器适配。在46GHz频段使用时性能优良，而且价格比3.5mm 连接器要便宜;在18GHz以下使用时，性能要优于SMA接头。所以，当你看到K接头与SMA 接头外型相差不多，但是价格贵了几十倍时千万不要诧异，那可是高级货啊。 2.4 mm 连接器 2.4 mm 连接器是HP、Amphenol和M/A-COM三公司联合开发用于50 GHz的连接器。这项设计通过增加外壁厚度和强化插槽解决了SMA 和2.92 mm 连接器的脆弱性问题。它能与SMA、 3.5mm和2.92 mm连接器精确适配。但由于生产2.4mm连接器的厂商不如K型连接器的多，价格较高，所以应用没有K型连接器广泛。 1.85 mm 连接器 1.85 mm 连接器是1980 年代中期由HP公司，即现在的Agilent 公司开发的一种连接器，它的工作频率达到65GHz。1988年HP公司把这项设计提供给公众领域，以推进连接器类型的标准化; 通过研制，几家制造商可提供几种这样的器件。1.85mm连接器与 2.4 mm连接器适配，并具有同样的坚固性。近几年来，1.85mm连接器已通过优化达到67 GHz 频率。许多专家认为这种连接器是达到67GHz一般使用所可能的最小同轴连接器。 N 型连接器 N型(美国海军) 50Ω连接器是1940年代为低于4GHz军事系统所设计的连接器。1960年代的改进把性能推进到12GHz，以后更达到了18GHz。有些75Ω产品使用具有较小中心导体直径的N 型设计，但与50Ω连接器不兼容。 SMA 连接器
正交混合网络的设计 ： 学号： 学院：电子工程与光电技术学院 指导老师：兆龙
正交混合网络的设计 摘要 随着通信技术的迅猛发展，微带定向耦合器作为微波、毫米波系统中的重要器件也得到了更大的关注。本文先介绍了3dB定向耦合器的研究背景，又通过将输入激励分解成偶模激励和奇模激励的叠加的偶—奇模分解技术从理论上分析了3dB定向耦合器的工作过程。 通过ADS软件，对该正交混合网络结构进行原理图仿真，再生成版图。调整原理图中的微带线参数，使得Momentum中的仿真结果满足设计指标：回波损耗6% >，完善隔离6% >，以及在端口2和端口3处的3dB功率匹配的不平衡度1dB <。 分别设计3dB定向耦合器在5.8GHz低频和60GHz高频上微带线结构，并对其进行优化，改善其性能指标。对于工作频率为5.8GHz的定向耦合器，得到如 下性能指标：①中心频率 05.85 f GHz =；②20dB return loss bandwidth为16.39%；③20dB isolation bandwidth为13.64%；④Amplitude imbalance 0.41 dB dB <<，Insertion imbalance0.41 dB dB <<。 对于工作频率为60GHz的定向耦合器，得到如下性能指标：①中心频率 060.04 f GHz =；②20dB return loss bandwidth为15.01%；③20dB isolation bandwidth为14.31%；④Amplitude imbalance0.8761dB =<，Insertion imbalance0.9071dB =<。 最后，本文分析了所得到的定向耦合器的性能，验证其性能。 关键字：ADS3dB定向耦合器微带线优化仿真
培养方案——电磁场与微波技术（学科代码：080904） 一、培养目标 本学科培养德、智、体全面发展，在电磁信号（高频、微波、光波等）的产生、交换、发射、传输、传播、散射及接收等有关的理论与技术和信息（图象、语音、数 据等）的获取、处理及传输的理论与技术两大方面具有坚实的理论基础和实验技能，了解本学科发展前沿和动态，具有独立开展本学科科学研究工作能力的高层次人 才。学位获得者应能承担高等院校、科研院所及高科技企业的教学、科研及开发管理等工作。 二、研究方向 1．微波毫米波及光波理论、2．微波毫米波技术及应用、3．光纤光电子技术及应用、4．微波、光通信与雷达信号处理技术、5．计算电磁学及应用、6．微波电路与系统、7．雷达技术与雷达信息处理 三、学制及学分 1. 对于按硕—博一体化课程体系培养的研究生，获得硕士学位一般需要3年。研究生在申请硕士学位前，必须取得总学分不低于35分（含开题报告2学分）。获得博 士学位一般需要5年，最长学习年限不超过7年。研究生在申请博士学位前，必须取得总学分不低于45分（含开题报告2学分、专业综合知识答辩2学分；博士层 次课程不低于8学分）。 2. 对于通过我校博士生入学考试的普通博士生，获得博士学位一般需要3年，最长学习年限不超过6年。研究生在申请博士学位前，
必须取得总学分不低于10分（含开题报告2学 分；博士层次课程不低于8学分）。 四、课程设置 英语、政治等公共必修课和必修环节按研究生院统一要求。 学科基础课和专业课如下所列。 基础课： ES45201 高等电磁场理论（3） ES45202 介质导波结构及应用（3.5） ES45203 电磁场数值解法（3.5） ES45204 微波系统与工程（3） 专业课： ES44201 微波电路原理与设计（3） ES44202 天线技术基础（3） ES44203 光电子学（2） ES45211 固态电子学基础（3） ES45213 光波导技术（2） ES45215 毫米波通信技术（2） ES45221 现代微波测量（2） ES45222 耦合模理论（2） ES45223 现代天线设计（2） ES45224 电波接收技术（3） ES14202 快电子学（3） IN05102 数字信号处理(II)（3） IN05121 移动通信工程（3） CN05112 实变与泛函▲（4） ES46201 电磁场与微波技术专题（2） 备注： 1. 带▲号课程为博士层次必修课，硕士层次选修课。对于硕博连读生，该课程只能按博士层次必修课记录学分； 2. 博士研究生或硕博连读研究生除必修编号为CN05112的课程外，还必须至少选修编号为ES46201的课程或一门经学科点认可的其它博士层次课程。电磁 场与微波技术专题可以由导师指定某专题的参考书（资料），由研究生作读书报告，并提交书面报告。 五、科研能力要求 按照研究生院有关规定。 六、学位论文要求
室内分布系统无源器件介绍 室内分布系统中常用的器件分为有源器件和无源器件，它们都属于线性互易元件。线性互易元件只对微波信号进行线性变换而不改变频率特性，并满足互易原理。 无源器件指像滤波器、分配器、谐振回路等以实现信号匹配、分配、滤波等；有源器件指像微波晶体管、微波固态谐振器等以实现信号产生、放大、调制、变频等。 室内分布系统中经常用到的无源器件有功分器、耦合器、基站耦合器、合路器、电桥、干线放大器、负载、射频电缆等。 一、功分器 1.概念 功分器（全称功率分配器）一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也可称为合路器。一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。基本分配路数为2路、3路和4路，通过它们的级联可以形成多路功率分配。使用功分器时，若某一输出口不接输出信号，必须接匹配负载，不应空载。
2.主要指标 功分器的主要技术参数有插入损耗、分配损耗、驻波比，功率分配端口间的隔离度、功率容量和频带宽度等。下表是宽频腔体功分器一些典型指标（参考）： 频带宽度：这是各种射频/微波电路的工作前提，功分器的设计结构与工作频率密切相关。必须首先明确功分器的工作频率，才能进行下面的设计功率损耗：分为分配损耗和插入损耗。 分配损耗：主路到支路的分配损耗实质上与功分器的功率分配比有关，其计算公式为所有路数的输出功率之和与输入功率的比值，一般理想分配损耗由下式获得： 理想分配损耗（dB)=10log(1/N) N为功分器路数 插入损耗：输入输出间的插入损耗是由于传输线（如微带线）的介质或导体不理想等因素，考虑输入端的驻波比所带来的损耗。
习题选解_第5章微波无源元件
第5章微波无源元件 未解的题： 1．（解答）试画出图5-101 中微带电路的等效电路。 图5-101 习题1图 2．（解答）如图5-102所示的T型微带电路，间分支线l长多少才能使主线上没有反射？又问分支线l长多少，才能使主线上没有传输？ l 图5-102 习题2图 3．（解答）画出图5-103的等效电路。 图5-103 习题3图 此文档最近的更新时间为：2020-11-12 02:46:00
10．（解答）有一只04λ型同轴腔，腔内充以空气，其特性阻抗0100 Z =Ω，开路端带有电容() 11102 F π-，采用短路活塞调谐，当调到00.22l λ=时的谐振频率是多少？ 14．（解答）两端面开路的同轴线谐振器，其长度为5cm ，同轴线内充填介质，介质的9r ε=。 同轴线内导体半径为1cm ，外导体半径为2.5cm 。求： (1) 谐振器的基波谐振频率（开路端效应忽略）； (2) 当谐振器一端面短路，另一端开路时，确定其基波谐振频率。 15．（解答）如图5-109所示,一个谐振腔，其无载Q 为1000，其与特性阻抗为 0Z 的无耗传输线耦合，在线上测得谐振时的电压驻波比是2.5。求： （1）腔体的有载Q ； （2）当信源入射功率为400mw 时，谐振腔所吸收的功率。 图5-109 习题15图 16．（解答）用下列方法画出低通滤波器的结构图： (1) 同轴高低阻抗线法； （2）微带高低阻抗线法； （3）微带开、短路短截线法。 17．（解答）试证明图5-110为一个J 变换器，并求出变换器的输入导纳in Y 。
矩形波导模式和场结构分析 第一章 绪论 1.1选题背景及意义 矩形波导(circular waveguide)简称为矩波导，是截面形状为矩形的长方形的金属管。若将同轴线的内导线抽走，则在一定条件下，由外导体所包围的矩形空间也能传输电磁能量，这就是矩形波导。矩波导加工方便，具有损耗小和双极化特性，常用于要求双极化模的天线的馈线中，也广泛用作各种谐振腔、波长计，是一种较常用的规则金属波导。 矩波导有两类传输模式,即TM 模和TE 模。其中主要有三种常用模式，分别是主模TE 11模、矩对称TM 01模、低损耗的TE 01模。在不同工作模式下，截止波长、传输特性以及场分布不尽相同，同时，各种工作模式的用途也不相同。导模的场描述了电磁波在波导中的传输状态，可以通过电力线的疏密来表示场得强与弱。 本毕业课题是分析矩形波导中存在的模式、各种模式的场结构和传播特性，着重讨论11TE 、01TE 和01TM 三个常用模式，并利用MATLAB 和三维高频电磁仿真软件HFSS 可视化波导中11TE 、01TE 和01TM 三种模式电场和磁场波结构。 1.2国内外研究概况及发展趋势 由于电磁场是以场的形态存在的物质，具有独特的研究方法，采取重叠的研究方法是其重要的特点，即只有理论分析、测量、计算机模拟的结果相互佐证，才可以认为是获得了正确可信的结论。时域有限差分法就是实现直接对电磁工程问题进行计算机模拟的基本方法。在近年的研究电磁问题中，许多学者对时域脉冲源的传播和响应进行了大量的研究，主要是描述物体在瞬态电磁源作用下的理论。另外，对于物体的电特性，理论上具有几乎所有的频率成分，但实际上，只有有限的频带内的频率成分在区主要作用。 英国物理学家汤姆逊(电子的发现者) 在1893 年发表了一本论述麦克斯韦电磁理论的书,肯定了矩金属壁管子(即矩波导) 传输电磁波的可实现性, 预言波长可与矩柱直径相比拟, 这就是微波。他预言的矩波导传输, 直到1936 年才实现。汤姆逊成为历史上第一位预言波导的科学家。这证明科学预言可以大大早于技术的发展, 同时也表明了应用数学的威力。英国物理学家瑞利在1897 年发表了论文, 讨论矩形截面和矩形截面“空柱”中的电磁振动, 它们对应后来的矩形波导和矩波导, 并引进了
摘要：主要介绍了应用于光纤通信中的各种光无源器件的种类、作用、原理和技术指标，并对部分主要的光无源器件有较深入的分析和工艺考虑，如光纤光缆活动连接器、光衰减器、光开关、波分复用器等，较为详细地介绍了这些光无源器件的特点及用途。 关键字：光纤通信光无源器件种类作用原理技术指标 光无源器件是光纤通信设备的重要组成部分，也是其它光纤应用领域不可缺少的元器件。具有高回波损耗、低插入损耗、高可靠性、稳定性、机械耐磨性和抗腐蚀性、易于操作等特点，广泛应用于长距离通信、区域网络及光纤到户、视频传输、光纤感测等等。相对于光电器件，如半导体激光器、发光二极管、光电二极管以及光纤放大器等光“有源器件”而言，这一类本身不发光、不放大、不产生光电转换的光学器件，常被称之为光“无源器件”。 一、光无源器件原理、作用及指标 它是一种光学元器件，其工艺原理遵守光学的基本规律及光线理论和电磁波理论、各项技术指标、多种计算公式和各种测试方法，与纤维光学、集成光学息息相关；因此它与电无源器件有本质的区别。光无源器件的种类繁多，功能及形式各异，但在光纤通信网络里是一种使用性很强的不可缺少的器件。主要的无源器件有光纤连接器、光缆连接器、光纤耦合器、光开关、光复用器(合波器和分波器)、光分路器、光隔离器、光衰耗器、光滤波器，等等。
它的作用概括起来主要是：连接光波导或光路；控制光的传播方向；控制光功率的分配；控制光波导之间、器件之间和光波导与器件之间的光耦合；以及合波和分波等作用。评价光无源器件的主要技术指标包括：插入损耗、反射损耗、工作带宽、带内起伏、功率分配误差、波长隔离度、信道隔离度、信道宽度、消光比、开关速度、调制速度等等。不同的器件要求有不同性质的技术指标。但是，绝大多数的光无源器件都要求插入损耗低、反射损耗高、工作带宽宽等。 二、光无源器件种类 (一)光纤光缆活动连接器 1.含义即原理应用 光纤光缆活动连接器是连接两根光纤光缆形成连续光通路且可以重复装拆的无源器件；它还具有将光纤光缆与有源器件，光纤光缆与其他无源器件，光纤光缆与系统和仪表进行活动连接的功能。活动连接器伴随着光通信的发展而发展，现在已形成门类齐全、品种繁多的系统产品，是光纤应用领域中不可缺少的、应用最广泛的基础元件之一。 2.光纤光缆活动连接器类型 按其功能可以分成如下几部分：连接器插头、光纤跳线、转换器、变换器等。这些部件可以单独作为器件使用，也可以合在一起成为组件使用。实际上，一个活动连接器习惯上是指两个连接器插头加一个转换器。 连接器插头：使光纤在转换器或变换器中完成插拔功能的部件称为插头，连接器插头由插针体和若干外部机械结构零件组成。两个插头在插入转换器或变换器后可以实现光纤（缆）之间的对接；插头的机械结构用于对光纤进行有效的保护。插针是一个带有微孔的精密圆柱体。 光纤跳线：将一根光纤的两头都装上插头，称为跳线。连接器插头是跳线的特殊情况，即只在光纤的一头装有插头。在工程及仪表应用中，大量使用着各种型号、规格的跳线，跳线中光纤两头的插头可以是同一型号，也可以是不同的型号。跳线可以是单芯的，也可以是多芯的。跳线的价格主要由接头的质量决定。因而价格也相差较大。在选用跳线时，本着质优价廉去选是不错，但一定不要买质次价低的产品。 转换器：把光纤接头连接在一起，从而使光纤接通的器件称为转换器，转换器俗称法兰盘。在CATV系统中用得最多的是FC型连接器；SC型连接器因使用方便、价格低廉，可以密集安装等优点，应用前景也不错，除此地外，ST型连接器也有一定数量的应用。 变换器：将某一种型号的插头变换成另一型号插头的器件叫做变换器，该器件由两部分组成，其中一半为某一型号的转换器，另一半为其它型号的插头。使用时将某一型号
毫米波微带波导过渡设计 喻梦霞 徐 军 薛良金 (电子科技大学物理电子学院,四川,成都,610054) 摘要 利用高频分析软件HFSS仿真分析了K a频段对脊鳍线微带波导过渡结构.将仿真结果对影响过渡性能的几个因素进行了分析,得出了可供工程应用参考的设计曲线,并根据曲线设计了微带波导过渡,在整个K a频段内,插入损耗小于1dB.实验结果与设计曲线结果相符. 关键词 毫米波,过渡,HFSS仿真,对脊鳍线. MI LLIMETE D WAVE WAVEGUIDE2TO2MICR OSTRIP TRANSITION DESIGN Y U Meng2X ia X U Jun X UE Liang2Jin (C ollege of Physical E lectronics,The University of E lectronic Science and T echnology of China, Chengdu,S ichuan610054,China) Abstract A K a2band antipodal finline waveguide2to2microstrip transition was analyzed and simulated by HFSS s oftware.The sev2 eral factors of simulation result for affecting per formance of transition are analyzed,and a design curve of transition available for project application is obtained.Based on the curve,the waveguide2to2microstrip transition is designed.The insertion loss of transi2 tion is below1dB in the K a2band.Experimental results coincide well with the design curve. K ey w ords millimterwave,transition,HFSS simulation,antipodal finline. 引言 随着毫米波技术在无线通讯和雷达系统中应用的不断增多,低成本、高可靠性的毫米波单片集成电路(M MIC)的使用也日趋广泛.在使用M MIC的毫米波接收系统中,对各个M MIC之间的连接采用的是微带线.而现有的毫米波测试系统采用的是矩形波导接口,这就要求在使用M MIC的系统中寻找一种低成本、低损耗、易制造的宽带矩形波导到微带过渡.目前常用的过渡结构有:阶梯脊波导过渡[1]、对脊鳍线过渡[2～4]、耦合探针过渡[5,6]等.这些过渡结构带宽较宽(在10～20%的带宽内回波损耗在15dB 以下),插入损耗小.其中阶梯脊波导过渡加工复杂,耦合探针过渡因波导出口方向与电路平行,使其不满足很多系统结构的要求,而对脊鳍线过渡,因其可以采用微波印制版技术制作在价廉的软基片上,现在已成为一种普遍运用的过渡结构. 最初由J.H.C.van Heuven[2]提出的对脊鳍线过渡,经M.Dydyk、B.D.M oore[3]、G.E.P onchak和Alan N.D owney[4]等人的不断完善和发展,现已可获得较宽的工作带宽.但是由于这种结构形式的过渡要产生一系数的谐振模式,如果某一谐振频率正好落入与其相连的器件的工作带宽,就可能使其对器件产生偶合,从而影响器件的性能.这就使得其设计变得复杂,因而妨碍了它的应用.为此,本文通过高频分析软件HFSS对引起过渡谐振的几个参数进行了分析,得出了可供工程应用参考的设计曲线以满足工程设计的应用. 1 过渡物理模型分析 本文采用了由G eorge E.P onchak和Alan N. D owney提出的过渡结构.在这个由波导到微带的过渡结构中,对脊鳍线的2个金属鳍逐渐渐变成微带线.制作在基片正反面的渐变鳍线构成了一圆弧形谐振区,谐振区内的金属块是用来抑制谐振的(如图1所示).过渡长度L,谐振区长度X及谐振块与金 第22卷第6期2003年12月红外与毫米波学报 J.In frared Millim.Waves V ol.22,N o.6 December,2003 稿件收到日期2002209209,修改稿收到日期2003202224Received2002209209,revised2003202224
DIY微波/毫米波盲区监测系统 刚刚买了车，了解到一款叫做盲区监测系统的东西。看了下市面上的原厂汽车变道辅助系统动不动就要2~3K，于是冒出自己动手DIY一个的打算。 盲区监测系统也称为“侧向辅助系统”、“并线辅助系统”、“变道辅助系统”，是一种能够检测车辆侧后方位车辆动态特性的雷达装置，能够在车辆行驶时对两侧的盲区进行动态探测，并对司机进行提示。 现在市场上的有用超声波探测的，一般倒车雷达探测距离基本在2.5m左右，这个距离在车速上了80一点反应时间都没有，也不知某宝销量怎么来的。 原厂上都是用雷达做的，一般使用K波段毫米波雷达。汽车前防撞系统也有用到，K波段毫米波雷达是一种多普勒运动传感器，能够准确测量物体移动速度，和移动方向，除了军事上外、在安防、灯控、智能家居，自动化控制领域也有用的。 24GHz是一个ISM 规定的全球通用的一个雷达工作频段，在此频段上工作时干扰较小，列如中国在一些军事上面的雷达是10GHZ，在某些场合会对其有干扰。K-LC2为瑞士RFbeam 公司生产，采用世界最先进的平面微带技术，具有体积小、集成化程度高、感应灵敏、探测距离远、休眠快速唤醒等特点。雷达传感器多工作于CW /FMCW /FSK模式，功能应用多样，包括：探测动态目标的速度、静态目标的距离、动态目标的距离和速度、目标的方位（角度测量）以及辨别运动的方向，非常适合应用在变道辅助系统上。 该模块输出为模拟的I和Q信号，最多可以达到30m的探测距离。其对应的频率表示目标速度，如44Hz（?D）﹦1km/h（v），8.8kHz（?D）﹦200km/h（v），当目标做靠近传感器的径向运动时，I 信号滞后于Q 信号90°；当目标做远离传感器的径向运动时，I信号超前于Q信号90°。 I和Q是一个幅度很小的微弱信号，必须经过运放，上图,其中一路的信号放大。 I和Q放大后接入STM32的ADC上,STM32的ADC具有定时触发，规则通道，DMA等特性，提供FFT运算库，非常适合做I\Q这两路信号的分析。实测1024点的FFT运算仅需1~2毫米完成，远远小于10KHz的采样频率采集1024个点，采用双缓冲方式下基本不遗漏波形。 硬件成品 实测距离测车25m左右，测人10m左右。 毫米波雷达
基于基片集成波导和液晶材料的小型化微波毫米波无源器件研 究 随着无线通信技术和集成电路的迅猛发展,现代电子系统除了具备高性能外正向着高集成度、小型化、多频/多模、多功能和低成本等趋势快速发展。高性能且小型化的微波毫米波无源器件作为系统中的关键组成部分,对整个系统实现高度集成化起着重要作用,成为了 当前无源器件研究领域的热点和难点。本文重点对基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)和液晶(Liquid crystal,LC)材料技术在小型化微波毫米波无源器件设计方面的应用进行了系统 的研究,设计并实现了一系列小型化、频率可调谐的滤波器和功分器等微波毫米波无源器件。本文的主要研究工作及创新点如下:1.基于新型缺陷地结构的SIW/半模基片集成波导小型化无源器件研究针对SIW结构应用于微波频段电路面积较大的问题,提出了采用新型缺陷地结构(Defected Ground Structure,DGS)加载SIW和半模基片集成波导(Half Mode Substrate Integrated Waveguide,HMSIW)的小型化无源器件设计方法。首先,利用一对U形槽嵌套一对E形槽构建了一种新型SIW-DGS单元,该DGS有效地提高了等效电感和等效电容,并增强了边带选择性和阻带抑制能力;进一步地,利用HMSIW的小型化特性,对U形槽的两端进行折叠改进,构建了一种具有高边带选择性的 新型HMSIW-DGS单元。在此基础上,结合SIW/HMSIW的高通特性和DGS 的低通特性形成带通响应的方式,设计了宽阻带抑制性能的SIW带通滤波器和高选择性的HMSIW带通滤波器。由于DGS所产生的慢波效应
第24卷增刊微波学报 V ol.24 Supplement 2008年10月 JOURNAL OF MICROW A VES Oct. 2008 8-18GHz同轴-波导转换器的分析与设计 魏振华田立松冯旭东尹家贤胡粲彬 （国防科学技术大学电子科学与工程学院一系，长沙410073） 摘要：同轴—波导转换器是微波系统中非常重要的元器件。基于脊波导和波导阶梯对导播系统中电磁波传播性能的影响，本文探讨了这两种结构应用在8-18GHz的宽带同轴—波导转换器设计中的情况。通过同轴—脊波导—矩形波导转换，并在脊波导上加载阶梯，很好地改善了阻抗匹配效果，提高了同轴—波导转换器的传输性能。仿真结果证明脊波导和波导阶梯在设计同轴—波导转换器中的有效性，在8-18GHz的倍频程带宽内驻波小于1.22，产生的高次模非常小。 关键词：同轴—波导转换，脊波导，波导阶梯阻抗变换 Analysis and Design on 8-18GHz Coaxial-Waveguide Transition WEI Zhen-hua, TIAN Li-song, FENG Xu-dong, YIN Jia-xian,HU Can-bin ( College of Electronic Science and Engineering, NUDT,Changsha 410073, China ) Abstract：Coaxial-waveguide transition plays an important role in microwave system.Based on the influence of ridge waveguide and waveguide ladder exerted on transmission performance of electromagnetic wave in guided wave system, this paper discussed the situations of these two structures applied in the 8-18 GHz broadband coaxial-waveguide converter designation. Through the conversion of coaxial - ridge waveguide - rectangular waveguide, and ladder loading of ridge waveguide, the effectiveness of impedance matching is well-improved,and the transmission performance of coaxial-waveguide converter is highly-advanced. Simulation results proved the effectiveness of ridge waveguide and waveguide ladder in designing coaxial- waveguide converters.The VSWR of coaxial-waveguide transition designed in this paper is less than 1.22 in the 8-18 GHz octave bandwidth, and the high modulus produced is very small. Key words：Coaxial-waveguide transition, Ridge waveguide, Waveguide ladder impedance transformation 引言 同轴波导转换器在微波系统中应用非常广泛，是雷达设备、精确制导和微波测试电路中的重要无源连接器件。其设计的基本要求是：低驻波、低插入损耗。 同轴波导转换器的相对带宽比较小，驻波小于1.1时最多可以达到10%的带宽[1]；在同轴腔体内设置周期性光带隙（PBG）的内导体介质支撑垫、矩形波导内设置阶梯阻抗变换，这种设计方法在25-40GHz的带宽内驻波小于1.25，但相对带宽只有46%[2]；利用波导阶梯变换，在714-2500MHz的带宽内驻波小于1.74，但是驻波小于1.22的带宽范围只有其中的850-1150 MHz[3]。但是以上两种设计在超过倍频程的带宽时产生的高次模会比较大，影响传输性能。 本文所设计的8-18GHz的超宽带同轴波导转换器，工作频带超过倍频程，相对带宽达到72%，设计要求频带内驻波小于 1.22（即回波反射小于-20dB），而且要求频带内高次模非常小。同轴电缆采用常用的外半径为2mm，内半径为0.6mm，介电常数为2.08的标准50Ω同轴电缆。 1 理论分析 矩形波导中插入了探针，并在宽壁上开孔，这在波导同轴转换处引入了电抗，造成波的反射，使 *收稿日期：2008-04-06
高功率射频及微波无源器件中的考虑和限制 RF和微波无源元件承受许多设计约束和性能指标的负担。根据应用的功率要求，对材料和设计性能的要求可以显着提高。例如，在高功率电信和军用雷达/干扰应用中，需要高性能水平以及极高功率水平。许多材料和技术无法承受这些应用所需的功率水平，因此必须使用专门的组件，材料和技术来满足这些极端的应用要求。 高水平的射频和微波功率是不可见的，难以检测，并且能够在小范围内产生令人难以置信的热量。通常，只有在组件发生故障或完全系统故障后才能检测到过功率压力。这种情况在电信和航空/国防应用中经常遇到，因为高功率水平的使用和暴露是满足这些应用性能要求所必需的。 图1对于天气或军用雷达，高功率放大器通常会为雷达天线或天线阵列产生数百至数千瓦的 射频能量。 足够高的RF和微波功率水平会损坏信号路径中的元件，这可能是设计不良，材料老化/疲劳甚至是战略性电子攻击的产物。任何可能遇到高功率射频和微波能量的关键系统都必须仔细设计，并通过为最大潜在功率水平指定的组件进行支持。其他问题，例如RF泄漏，无源互调失真和谐波失真，在高功率水平下会加剧，因为必须更多地考虑组件的质量。 任何具有插入损耗的互连或组件都有可能吸收足够的RF和微波能量以造成损坏。这就是所有射频和微波元件具有最大额定功率的原因。通常，由于RF能量
有几种不同的工作模式，因此将为连续波（CW）或脉冲功率指定额定功率。另外，由于构成RF组件的各种材料可以改变不同功率，温度，电压，电流和年龄的行为，因此通常还指定这些参数。与往常一样，一些制造商对其组件的指定功能更加慷慨，因此建议在实际操作条件下测试特定组件以避免现场故障。这是RF和微波组件特别关注的问题，因为级联故障很常见。 图2可以使用磁环或电场探头分接波导，将TE或TM波导模式转换为TEM同轴传输模式。同轴或波导互连 根据频率，功率水平和物理要求，同轴或波导互连用于高功率RF和微波应用。这两种技术的尺寸随频率而变化，需要更高精度的材料和制造来处理更高的功率水平。通常，作为RF能量通过具有空气电介质的波导的方式的产物，波导倾向于能够处理比可比同轴技术更高的功率水平。另一方面，波导通常是比同轴技术更昂贵，定制安装和窄带解决方案。 这就是说，对于需要更低成本，更高灵活性安装，更高信号路由密度和中等功率水平的应用，同轴技术可能是首选。另外，由于降低了成本和尺寸，因此在波导互连上使用同轴互连的组件选择更多。虽然宽带和通常更直接的安装，在高性能，坚固性和可靠性方面，波导技术往往超过同轴。通常，这些互连技术串联使用，在可能的情况下，最高功率和保真度信号通过波导互连路由。
光无源器件技术综述万助军中科院上海微系统与信息技术研究所博士 生上海上诠光纤通信设备有限公司技术顾问光无源器件是光纤通信中不可或缺的部分，本文综合介绍各种光无源器件技术原理、特摘要：光纤准直器设计等°减反射角、点以及部分工 艺考虑，内容包括高斯光束能量耦合、光纤头的8单元技术和光纤连接器、晶体光学器件、波分 复用器、光开关等器件技术，希望对从事光无源器件设计和制造的工程师有参考作用。FBT 关键词：光无源器件，准直器，隔离器、环形器、光开关、言绪一.适应信息社会对通 信容量的要求，光纤通信已经取代电子通信。低损耗光纤、半导体激使光纤通DWDM+EDFA光器和掺铒光纤放大器是使光纤通信成为可能的三个关键因素，而信容量得到空前扩展。在光纤通信系统中，各种光无源器件扮演着不可或缺的角色，本文将[1]综合介绍各种光无源器件技术原理及特点。下文的组织结构是，第二部分介绍光无源器件中用到的基础知识和单元技术；第三部分对光纤连接器的一些特性进行分析；第四部分介绍各种晶体光学器件的结构、原理和发展情况；第五部分介绍波分复用器的原理和结构；第六部分介绍各种光开关的原理、结构和特点；第七部分介绍各种光衰减器的原理、结构和特点；第八部分介绍光纤熔融拉锥器件的基本原理和各种具体器件的实现方式；第九部分为全文总结。需要说明的是，限于本文作者的知识水平和研究经历，对某些技术有较深入的分析，如型波分复用器和光纤熔融拉光纤头、光纤准直器、光纤连接器、光隔离器、光环形器、Filter、光开关和可调光衰减器等，这锥器件等，对某些技术则大致介 绍结构和原理，如Interleaver些都是为了聊补本文的完整性，以顶住光无源器件技术综述这顶帽子。考虑本文的读者对象是从事光无源器件设计和制造的工程师，作者尽量少用复杂的公式，但在某些场合，公式有50个公式。助于理解问题和 说明一些重要结论，因此本文中仍出现多达基础知识和单元技术二. 高斯光束的能量耦合1.在尾纤为单模光纤的光无源器件中，光束可用高斯近似处理，器件的耦合损耗可用高斯光束之间的耦合效率进行分析。两束高斯光束之间的能量耦合效率，取决于二者的光场叠加[2-4]。比率，可用（1）式计算 2*??dxdyE?E21?T（1） 22????dxdyE?dxdyE21 两束高斯光束之间的耦合，可能存在三种失配模式：径向失配X、轴向失配Z 和角向失配θ，如图1所示。耦合失配造成光场重叠误差，从而影响耦合效率，根据（1）式计算得到1 耦合损耗与各种失配量之间的关系如图2所示，其中取光束束腰半径分别为200um和5um作对比，分别对应一般准直器和光纤的模场半径。束腰半径为200um的高斯光束，对角向失配比较敏感，对径向失配次之，对轴向失配则有较大容差；束腰半径为5um的高斯光束，对轴向失配比较敏感，对径向失配次之， 对角向失配则有较大容差。