50-75GHz波导微带转换结构仿真分析

摘要说明

随着微波和毫米波技术的快速发展，毫米波混合集成电路和单片集成电路已广泛运用于在雷达通信、制导等系统中。微带传输线由于其尺寸较小，相对于金属波导在设计上更为灵活，被广泛的运用在毫米波电路中。然而，毫米波实验仪器中的信号传输端口形式均为波导口结构，因此完成波导与微带电路间的转换至关重要。常见的波导-微带过渡技术主要有三种：脊波导形式过渡，探针形式过渡，以及对脊鳍线过渡。本文主要对探针形式过渡进行了理论分析以及仿真设计。最后，选择M波段E面探针过渡结构使用HFSS仿真软件进行了仿真设计。仿真结果表明，该过渡结构的回波损耗在50-75GHz内优于-20dB，插入损耗优于-0.1dB，满足了实际工程需用。

仿真应用背景，案例全景图文

随着我国半导体技术的不断发展，单片微波集成电路（MMIC）以及混合微波集成电路（HMIC）在微波毫米波频段已经得到广泛的应用。目前使用的毫米波测试系统大多是以矩形波导口作为信号输入输出端口，并且传统的波导型喇叭天线相比封装天线在增益等辐射性能上仍然具有一定的优势。为了完成天馈结构与微带电路之间的互联，通常需要引入波导−微带转换电路。因此，完成电磁信号在这两种不同媒介之间的转换具有重要意义。同时，波导−微带转换结构的性能也决定了整个通信系统的性能。我们所设计的波导−微带转换电路的性能需要达到以下标准：传输损耗小、在宽频带范围内进行传输；易与后端电路互联；装配简单，具有良好的重复性。

HFSS建模如下图：

如图所示，M 波段波导微带转换采用 E 面探针过渡形式。模型采用 WR- 14 标准矩形波导作为毫米波信号输入端口；采用介电常数为 2.2、厚度为 0.127mm的Rogers 5880 作为介质基板。在高频结构仿真软件 HFSS 中进行仿真设计，并优化参数。中心频率设置为 62.5GHz，扫频范围为 50-75 GHz。波导端口入射的电磁波在波导短路面形成反射，与入射电磁波形成驻波。深入的微带探针中心距离右侧波导短路面约为四分之一波导波长，让插入的微带探针处于驻波的波腹位置，此时可以获得最强耦合效果。

仿真结果分析、展示

HFSS仿真结果如下：

S11

S21

S22

结论

本节设计的 M 波段波导微带转换 E 面探针结构在 HFSS 中的仿真结果如上图所示。单个过渡结构的回波损耗在 50-75 GHz 内均优于-20dB，插入损耗在带内均小于0.1 dB。由此可见，该过渡结构在50-75 GHz具有低插入损耗特性，仿真结果满足设计要求。

审核编辑：汤梓红