毫米波传输线 鳍线

空间电子技术98 S PAC E ELEC TRON IC TECHNOLO GY2009年第3期一种Ka频段波导微带鳍线转换结构王小伟李家胤周翼鸿(电子科技大学强辐射重点实验室,成都610054)摘要为使波导微带转换的尺寸和性能更优,采用HFSS高频仿真软件里的样条曲线做波导微带转换的鳍线渐变曲线,使波导微带转换的过渡长度与采用其他渐变曲线在相同指标情况下相比更短一些。

转换模型中的介质基片向标准矩形波导宽边两侧延伸四分之一波长并在其上各打一行孔径和间距合适的金属填充通孔,这样既便于固定基片,又能提高鳍线电路的隔离度。

使用HFSS软件对该模型进行仿真优化分析后的结果为:在28. 5～39GHz频带内得到大于25dB 的回波损耗和小于0. 1dB 的插入损耗,基本达到预期目的。

关键词波导微带转换样条曲线鳍线通孔0 引言随着毫米波技术的不断发展, 毫米波混合集成电路以及单片集成电路越来越多地在无线通信和雷达系统中得到广泛应用。

而现有的毫米波测试系统采用的大多是矩形波导接口,这就要求在使用毫米波单片集成电路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的过渡。

对于毫米波电路而言,鳍线就是这样一种能用于波导微带过渡的理想短距离传输线。

它具有色散小、单模带宽宽、插损低(高于波导,低于微带) ,准平面电路结构(可以采用与微波集成电路相类似的印刷技术,生产经济性好) ,与半导体和波导器件的兼容性好,对加工尺寸公差的要求不像波导那样严格等优点,现已在毫米波电路中获得了实际应用[ 1 ] 。

目前常用的过渡结构有: 阶梯脊波导过渡[ 2 ] 、对极鳍线过渡[ 3 ] 、耦合探针过渡[ 4, 5 ] 等。

这些过渡结构带宽较宽,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;而对极鳍线过收稿日期: 2008 - 04 - 29; 修回日期: 2008 - 06 - 30 渡,因其可以采用微波印制版技术制作在价廉的基片上,现在已成为一种普遍运用的过渡结构。

Science &Technology Vision 科技视界0引言,。

,,。

:[1,2]、[3~4]。

,,,,。

,。

W 。

,80~95GHz 20dB,0.4dB。

1理论分析。

TE10,TEM 。

,,。

,WR10(2.54mm×1.27mm)。

50Ω[5]。

1。

,TE1090°,TEM [6]。

,,50Ω。

图1矩形波导—微带对脊鳍线过渡结构W 波段波导—微带对脊鳍线过渡结构设计单伟包超高志宇郑晓秦越(中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室,四川成都610213)【摘要】文章基于对脊鳍线过渡结构设计并仿真了一种W 波段的矩形波导—微带线的转换器。

该转换器具有平面电路的几何结构优点,且空间体积小、质量轻,可广泛应用于毫米波平面传输线组成的电路中。

通过仿真结果表明:在W 波段(80~95GHz )的频带范围内,该过渡结构的回波损耗小于20dB ,插入损耗小于0.4dB 。

【关键词】W 波段;波导—微带转换;毫米波;对脊鳍线中图分类号:TN02文献标识码:ADOI :10.19694/ki.issn2095-2457.2021.12.45【Abstract 】This paper designs and simulates a W-band rectangular waveguide —microstrip line converter basedon the transition structure of the ridge—fin line.The converter has the advantages of planar circuit geometry structure,small space and light weight,and can be widely used in circuits composed of millimeter wave planartransmission lines.The simulation results show that:in the W band (80-95GHz)frequency band,the return loss ofthe transition structure is less than 20dB,and the insertion loss is less than 0.4dB.【Key words 】W band ;Waveguide to microstrip ;Millimeter wave ;Antipodal finline作者简介:单伟(1993—),男,汉族,硕士研究生,助理工程师,现主要从事核仪表系统技术研究。

微波复习题参考答案（思考题）⼀、思考题1.什么是微波？微波有什么特点？答：微波是电磁波谱中介于超短波与红外线之间的波段，频率范围从300MHz到3000GHz，波长从0.1mm到1m。

(通常，微波波段分为⽶波、厘⽶波毫⽶和亚毫⽶波四个波段。

)特点: 似光性；穿透性；宽频带特性；热效应性；散射性；抗低频⼲扰性；视距传播性；分布参数的不确定性；电磁兼容和电磁环境污染。

2. 试解释⼀下长线的物理概念，说明以长线为基础的传输线理论的主要物理现象有哪些？⼀般是采⽤哪些物理量来描述？3. 微波技术、天线与电波传播三者研究的对象分别是什么？它们有何区别和联系？4. 试解释传输线的⼯作特性参数（特性阻抗、传播常数、相速和波长）5. 传输线状态参量输⼊阻抗、反射系数、驻波⽐是如何定义的，有何特点，并分析三者之间的关系6. 阻抗匹配的意义，阻抗匹配有哪三者类型，并说明这三种匹配如何实现？7. 史密斯圆图是求解均匀传输线有关和问题的⼀类曲线坐标图，图上有两组坐标线，即归⼀化阻抗或导纳的的等值线簇与反射系数的等值线簇，所有这些等值线都是圆或圆弧，故也称阻抗圆图或导纳圆图。

阻抗圆图上的等值线分别标有，⽽特征参数和，并没有在圆图上表⽰出来。

导纳圆图可以通过对旋转180°得到。

阻抗圆图的实轴左半部和右半部的刻度分别表⽰或和或。

圆图上的电刻度表⽰，图上0~180 °是表⽰。

8. TEM、TE 和TM 波是如何定义的？什么是波导的截⽌性？分别说明矩形波导、圆波导、同轴线、带状线和微带线的主模是什么？9. 描述波导传输特性的主要参数有哪些，如何定义？10.为什么空⼼的⾦属波导内不能传播TEM波？试说明为什么规则⾦属波导内不能传输TEM波？答：如果内部存在TEM波，则要求磁场应完全在波导的横截⾯内，⽽且是闭合曲线。

由麦克斯韦第⼀⽅程知，闭合曲线上磁场的积分应等于与曲线相交链的电流。

由于空⼼⾦属波导中不存在轴向（即传播⽅向）的传导电流，所以必要求有传播⽅向的位移电流。

天线与微波复习思考题天线与微波复习思考题⼀、填空1、对于低于微波频率的⽆线电波，其波长远⼤于电系统的实际尺⼨，可⽤电路分析法进⾏分析；频率⾼于微波波段的光波等，其波长远⼩于电系统的实际尺⼨，因此可⽤光学分析法进⾏分析；微波则由于其波长与电系统的实际尺⼨相当必须⽤场分析法进⾏分析。

2、在圆波导中有两种简并模，它们是E-H 简并和极化简并。

3、激励波导的⽅法通常有三种：电激励、磁激励和电流激励。

4、各种集成微波传输系统归纳起来可以分为四⼤类：准TEM 波传输线、⾮TEM 波传输线、开放式介质波导传输线和半开放式介质波导。

5、微波元器件按其变换性质可分为线性互易元器件、线性⾮互易元器件以及⾮线性元器件三⼤类。

6、微波连接匹配元件包括终端负载元件、微波连接元件以及阻抗匹配元器件三⼤类。

7、在微波系统中功率分配元器件主要包括定向耦合器、功率分配器以及各种微波分⽀器件。

8、⾮互易微波铁氧体元件最常⽤的有隔离器和环形器。

9、天线按辐射源的类型可分为线天线和⾯天线，把天线和发射机或接收机连接起来的系统称为馈线系统。

10、超⾼频天线，通常采⽤与场⽮量相平⾏的两个平⾯来表⽰，即E 平⾯和H 平⾯。

11、根据媒质及不同媒质分界⾯对电波传播产⽣的主要影响，电波传播⽅式分为下列⼏种：视距传播、天波传播、地⾯波传播和不均匀媒质传播。

12、为了加强天线的⽅向性，将若⼲辐射单元按某种⽅式排列所构成的系统称为天线阵。

13、旋转抛物⾯天线的分析通常采⽤以下两种⽅法：⼝径场法和⾯电流法。

14、按中继⽅式，微波中继通信可分为基带转接、中频转接和微波转接三种。

15、RFID 系统按数据量来分，可分为1⽐特系统和电⼦数据载体系统。

16、50Ω传输线接(75+j100)Ω的负载阻抗，传输线上的电压波为⾏驻波；最靠近负载的是电压波的波腹点。

17、耦合带状线的偶奇模相速v pe =v po ，与光速c 的关系为εr po pe c v v /==。

2-1 波导为什么不能传输TEM 波？答：一个波导系统若能传输TEM 波型，则在该系统中必须能够存在静电荷静电核或恒定电流，而在单导体所构成的空心金属波导馆内，不可能存在静电荷或恒定电流，因此也不可能传输TEM 波型。

2-2 什么叫波型？有哪几种波型？答：波型是指每一种能够单独地在规则波导中存在的电磁场的一种分布状态。

根据场的横向分量与纵向分量之间的关系式划分波型，主要有三种：TEM 波（0z E =，0z H =），TE 波(0z E =,0z H ≠),TM 波（0z E ≠，0z H =） 2-3 何谓TEM 波，TE 波和TM 波？其波阻抗和自由空间波阻抗有什么关系？答：0z E =，0z H =的为TEM 波；0z E =,0z H ≠为TE 波；0z E ≠，0z H =为TM 波。

TE 波阻抗：x TE y E wuZ H ηβ===>TM 波阻抗：x TM y E Z H w βηε=== 其中η为TEM 波在无限答煤质中的波阻抗。

2-4 试将关系式y z x H H jw E y z ε∂∂-=∂∂，推导为1()zx y H E j H jw yβε∂=+∂。

解：由y H 的场分量关系式0j zy H H eβ-=（0H 与z 无关）得：y y H j H zβ∂=-∂利用关系式y z x H H jw E y zε∂∂-=∂∂可推出： 11()()y z zx y H H H E j H jw y z jw yβεε∂∂∂=+=+∂∂∂ 2-5 波导的传输特性是指哪些参量？答：传输特性是指传输条件、传播常数、传播速度、波导波长、波形阻抗、传输功率以及损耗和衰减等。

2-6 何为波导的截止波长c λ？当工作波长λ大于或小于c λ时，波导内的电磁波的特性有何不同？答： 当波沿Z 轴不能传播时呈截止状态，处于此状态时的波长叫截止波长，定义为2c ck πλ=； 当工作波长大于截止波长时，波数c k k <，此时电磁波不能在波导中传播； 当工作波长小于截止波长时，波数c k k >，此时电磁波能在波导内传播；2-7 矩形波导中的截止波长c λ和波导波长g λ，相速度p υ和群速度g υ有什么区别和联系？它们与哪些因素有关？ 答：波导波长为2g πλλβ==>，c λ为截止波长群速为g c υ=<，相速为p υ=，且2p g c υυ⋅=，与c ，工作波长λ，截止波长c λ有关。

【关键字】技术微波技术与天线复习提纲（2010级）一、思考题1.什么是微波？微波有什么特点？答：微波是电磁波谱中介于超短波与红外线之间的波段，频率范围从300MHZ到3000GHZ，波长从到；微波的特点：似光性、穿透性、宽频带特性、热效应特性、散射特性、抗低频干扰特性、视距传播性、分布参数的不确定性、电磁兼容和电磁环境污染。

2.试解释一下长线的物理概念，说明以长线为基础的传输线理论的主要物理现象有哪些？一般是采用哪些物理量来描述？答：长线是指传输线的几何长度与工作波长相比拟的的传输线；以长线为基础的物理现象：传输线的反射和衰落；主要描述的物理量有：输入阻抗、反射系数、传输系数、和驻波系数。

3.微波技术、天线与电波传播三者研究的对象分别是什么？它们有何区别和联系？答：微波技术、天线与电磁波传播史无线电技术的一个重要组成部分，它们共同的基础是电磁场理论，但三者研究的对象和目的有所不同。

微波技术主要研究阴道电磁波在微波传输系统中如何进行有效的传输，它希望电磁波按一定要求沿传输系统无辐射地传输；天线是将微波导行波变成向空间定向辐射的电磁波，或将空间的电磁波变成微波设备中的导行波；电波传播研究电波在空间的传播方式和特点。

4.试解释传输线的工作特性参数（特性阻抗、传播常数、相速和波长）答：传输线的工作特性参数主要有特征阻抗Z0，传输常数，相速及波长。

1)特征阻抗即传输线上入射波电压与入射波电流的比值或反射波电压与反射波电流比值的负值，其表达式为,它仅由自身的分布参数决定而与负载及信号源无关；2）传输常数是描述传输线上导行波的衰减和相移的参数，其中，和分别称为衰减常数和相移常数，其一般的表达式为;3)传输线上电压、电流入射波（或反射波）的等相位面沿传播方向传播的速度称为相速，即；4）传输线上电磁波的波长与自由空间波长的关系。

5.传输线状态参量输入阻抗、反射系数、驻波比是如何定义的，有何特点，并分析三者之间的关系答：输入阻抗：传输线上任一点的阻抗Zin定义为该点的电压和电流之比，与导波系统的状态特性无关，反射系数：传输线上任意一点反射波电压与入射波电压的比值称为传输线在该点的反射系数，对于无耗传输线，它的表达式为驻波比：传输线上波腹点电压振幅与波节点电压振幅的比值为电压驻波比，也称为驻波系数。

毫米波电路中的几个关键问题：设计传输线、选择PCB 板、性能优化在高频电路设计中，可以采用多种不同的传输线技术来进行信号的传输，如常见的同轴线、微带线、带状线和波导等。

而对于PCB平面电路，微带线、带状线、共面波导（CPW），及介质集成波导（SIW）等是常用的传输线技术。

但由于这几种PCB平面传输线的结构不同，导致其在信号传输时的场分布也各不相同，从而在PCB材料选择、设计和应用，特别是毫米波电路时表现出不同的电路性能。

本文将以毫米波下通用的PCB平面传输线技术展开，讨论电路材料、设计等对毫米波电路性能的影响，以及如何优化。

1. 引言几年前，毫米波电路还仅仅用于航天、卫星通信、通信回传等特殊专有的领域。

然而，随着无线通信技术的飞速发展，对更高的数据传输速率、更小的传输延迟、更宽的带宽等需求促使毫米波频段逐渐被用在移动通信覆盖例如，802.11ad WiGig，5G 等领域；随着主动安全驾驶和未来无人驾驶技术的发展，汽车对测距测速的要求越来越高，毫米波也被使用在如77GHz的汽车雷达领域。

但是，对于设计工程师来说，毫米波电路的设计与低频段射频电路设计存在着显著的不同。

毫米波频段下不同传输线技术的色散辐射或高次模、阻抗匹配、信号的馈入技术等都将直接影响电路最终的性能。

2. 常用传输线技术如图1中场力线分布，微带线与GCPW的信号传播方向上并不存在场分量。

但由于这两种传输线的电、磁场并不完全分分布于电介质中，有少部分场力线位于空气中；导致信号在电介质中与空气中传输的TEM波的相速不同，其分界面并不能完全实现相位匹配。

因此这两种传输线模式是准TEM波模式。

而带状线的场力线上下对称分布于中间层介质中，因此带状线的传输模式是TEM波模式。

图1 微带线，接地共面波导及带状线结构与场分布SIW (Substrate integrated waveguide) 是近年来讨论较多，介于微带与介质填充波导之间的一种新型传输线。

第四部分 微波毫米波无源器件及电路1167Ka 频段波导内空间功率合成刁睿 徐锐敏 谢小强电子科技大学电子工程学院,成都610054，email ：screamtodie@摘要：本文提出了一种Ka 频段波导-微带对极鳍线阵列形式的空间功率合成网络。

该结构以波导作为输入和输出口，过渡和功率分配一步完成，经三维电磁仿真软件HFSS 仿真表明，该合成网络具有宽频带、低插损的优点。

这是获得高效率合成的必备条件之一，具有很大的利用前景。

关键字：毫米波，对极鳍线，空间功率合成Waveguide-Based Spatial Power combiningat Ka-bandDiao Rui, Xu Ruimin, Xie XiaoqiangCollege of Electronic Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, 610054email ：screamtodie@Abstract : In this paper, a spatial power combiner at Ka-band using filine arrays of waveguide to microstrip transition is proposed. The input and output port of the network is the waveguide, transiting and power dividing are achieved at one time. By simulating the combiner using HFSS, it is indicate that this model has a wide band and small insert loss, which are the necessary conditions for a high efficiency. The model’s feasibility is validated. Key Words: millimeter wave, finline, spatial power combining1 引言随着毫米波技术在制导、雷达、短程通信等领域得到广泛应用，对毫米波信号源的输出功率也提出了越来越高的要求。

毫米波宽带高中频单平衡混频器设计与实现
杨笔帆;邢天时;徐子昂;赵亮;郭健
【期刊名称】《太赫兹科学与电子信息学报》
【年(卷),期】2024(22)6
【摘要】针对毫米波宽带通信、雷达和测试仪器领域的应用需求,提出一种E波段宽带高中频(IF)单平衡混频器。

射频(RF)及本振(LO)信号通过多分支宽带加宽波导正交耦合器输入,通过鳍线过渡结构将信号从波导传输模式过渡到微带模式,并提供宽带中频信号及直流接地回路;中频输出低通滤波器可有效抑制LO及RF信号,并为其提供等效接地回路。

利用肖特基二极管的非线性实现混频,并通过微带匹配电路最终实现宽带低损耗混频效果。

混频器采用57.6、62.4、67.2 GHz 3个点频本振,将67~85 GHz的射频信号分段下变频至9.4~17.8 GHz的中频范围内。

测试结果表明,在67~85 GHz射频频率范围内,射频输入功率为-15 dBm,本振输入功率为12 dBm时,混频器变频损耗为7.1~10.1 dB,对组合杂散的抑制在36 dBc以上。

【总页数】7页(P610-616)
【作者】杨笔帆;邢天时;徐子昂;赵亮;郭健
【作者单位】东南大学毫米波全国重点实验室;东南大学网络空间安全学院;南京电子技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN773
【相关文献】
1.一种小型毫米波宽带频率源设计实现
2.基于AD9516的宽带高动态数字中频系统采样时钟设计与应用
3.用于实现LTCC双平衡混频器的宽带巴伦设计
4.一种W 波段低损耗宽带单平衡混频器设计
5.高功率毫米波回旋行波管宽带输出窗设计
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