波导-微带转换电路
刘云生
201222040512
设计目的：
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：<1.2
插入损耗：<1.0dB
一、设计思路
微带探针转换是目前应用最为广泛的波导-微带过渡形式并且它有明显的优点。它的插人损耗低,回波损耗小,具有较大频宽,且其结构紧凑,加工方便,装卸容易。
图1和图2中所示为常用微带探针转换结构图，我们采用H面微带探针转换的结构。探针从波导宽面插入，并且探针平面与波导窄面垂直。微带过渡段我们采用渐变结构。通过优化探针插入深度d，微带变换器的长度1L，探针和微带变换器各自宽度,1
s s，波导的微带插入处到波导短路处的距离L，得到满足指标的结果。
图1 H面微带探针转换结构图
图2 E面微带探针转换结构图
二、设计过程：
（1）利用ADS软件里的微带计算工具得出中心频率为33.5GHz处的微带的宽度0.77
，如图3所示。
Sx mm
图3 50欧姆微带线宽
（2）在HFSS中建立仿真模型如图4所示，包括微带金属条，微带
基板，以及包围空气腔三部分。利用对称性以YZ面为对称面切掉一半可以减少计算时间。
图4 仿真模型
（3）设置三部分的材料属性，其中微带金属条为PEC，微带基板为Duriod5880（厚度0.254mm
=）。包围空气
=，相对介电常数 2.2
腔设为真空（默认）。
（4）设置波端口1,2。都为1个模式，如图5。
图5 波端口1 波端口2
（5）设置边界条件如图6。其中微带被包围空气腔的上面设置辐射边界，对称YZ面设置为Prefect H面。
图6 边界条件
（6）设置求解，扫频。然后设置5个优化变量（优化探针插入深度以及微带变换器的长度,1
s s，波导的微带插入处到波
d L，宽度,1
导短路处的距离L），优化目标即为设计指标。
三、设计结果及存在问题分析：
通过优化得到最佳优化值如下图7中所示：
图7 优化变量
优化结果为：
图8 优化结果图
驻波比在整个频段内均小于1.2，插入损耗在整个频段内均小于0.3dB，故在全频段内满足设计要求。
设计中需要注意的问题：
（1）利用对称性可以减少网格数量，缩短计算时间。
（2）端口2有多个模式，需要设置为1个模式。
（3）微带厚度不为零。
（4）设置包围空气腔要将微带基板包围。
（5）微带波端口（端口2）设置不能太小，否则会造成人为遗漏部分场。
（6）约束腔开口宽度选取要适当，当波导开口的横向尺寸变小以后，波导中边壁横向尺寸的突变会带来额外的反射。因此，横
向开口的尺寸也不是越小越好。选择的原则是不能传播高次模，并对高次模有足够衰减的前提下越大越好。
腔体滤波器设计报告设计下表中所示的通路2对应的滤波器
一、理论分析
（1）腔体耦合滤波器的介绍
腔体耦合滤波器是一种具有普遍意义的窄带滤波器结构。研究这种结构的设计具有重要意义。在谐振腔数量相同的条件下，广义切比雪夫滤波器在通带附近的具有选择性好、插损小的特点。滤波器的谐振腔体有多种类型，包括介质谐振器、同轴谐振器、波导谐振器、螺旋谐振器和平面结构谐振器等。
（2）选择滤波器腔体结构考虑的因素
腔体体积；Q值；寄生通带；可调范围可实现的带寛；耦合结构；耦合结构的灵敏度；对不需要模式的耦合隔离；功率容量；温度稳定性等。
（3）腔体耦合滤波器设计的基本思路
从集中参数低通原型出发，经过频率变换获得集中参数电路模型。然后用不同的结构去实现。由耦合矩阵出发设计腔体耦合滤波器。
二、设计过程：
(1)利用CoupleFil软件来确定设计参数。受温度漂移、击穿功率和群时延等技术指标的限制，滤波器设计的工作带寛要比用户要求的带寛宽一些。通常，设计带寛比用户要求大20%左右。由此得出采用7腔直接耦合即可满足指标，以下为7腔设计的参数图：
（2）单腔仿真
选择梳状结构腔体，梳状结构腔体的大小和杆的粗细主要影响腔体Q值。可根据谐振杆的尺寸适当选择腔体尺寸和谐振杆其它尺寸的初值。通过单腔仿真应该获得如下信息：1工作模式的谐振频率；2通过计算与工作模式相邻模式的频率，确定寄生通带的大概位置；3通过计算腔体Q值，确定滤波器的插损；4通过计算腔体内的场分布，确定滤波器电场最大点的位置和场强。仿真模型如下：
（3）腔体间耦合结构仿真
通常，腔体间主耦合通道选择空间耦合或膜片耦合。探针耦合和耦合环耦合常用于交叉耦合。直接耦合较少采用。如果不考虑耦合结构所占的空间大小，我们可以选择空间耦合作为腔体间的耦合结构。
建立耦合结构模型全部材料选择理想材料（金属=PEC；介质无耗）；如果，不关心寄生通带的影响，计算模型可以利用对称性。仿真模型如下：
（4）设计输入输出结构
使用容性耦合，容性耦合的特点：1电耦合；2耦合量与天线和杆之间的距离以及耦合点的位置有关。仿真模型如下：
（5）得到HFSS仿真模型并且得出仿真结果
三、设计结果及存在问题分析：
仿真结果如下：
讨论：
一般要对最后的滤波器实体模型作参数分析；优化和稳定性分
析，同时PASS数足够大和误差的设置足够小，才可以保证仿真中结果的收敛。通常，对滤波器的优化是在等效电路分析的阶段。参数分析使用实体模型是在部分结构分析中使用。如果，实体模型正确，仿真方法得当，计算结果是可信的。
实验不足讨论：
由上述图形可知该滤波器的带内平坦度并不是太好，而且带外抑制性也有待提高，总而言之就是矩形系数并未达到要求。
