微波無源電路仿真技術(shù)(09轉(zhuǎn)換接頭)

1、電子科技大學(xué) 賈寶富 博士微波無源電路仿真技術(shù)微帶-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)綱 要n微帶-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換電路的類型；q微帶探針型；q鰭線過渡型；q脊波導(dǎo)過渡型；q輻射探針型n微帶-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)方法；q分解模型分部?jī)?yōu)化；n一個(gè)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)例子；q設(shè)計(jì)目標(biāo)；q一個(gè)不成功的設(shè)計(jì)；q問題分析及解決辦法；電子科技大學(xué) 賈寶富 博士微波無源電路仿真技術(shù)微帶-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換電路的類型H面微帶探針型波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換H面微帶探針型波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換E面微帶探針型波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換對(duì)脊鰭線微帶波導(dǎo)過渡結(jié)構(gòu)對(duì)脊鰭線微帶波導(dǎo)過渡結(jié)構(gòu)脊波導(dǎo)微帶-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換脊波導(dǎo)微帶-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換輻射探針型微帶波導(dǎo)過渡結(jié)構(gòu)一種新型結(jié)構(gòu)電子科技大學(xué) 賈寶富 博士微

2、波無源電路仿真技術(shù)微帶-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法分析n由于這類電路的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，通常我們會(huì)使用仿真軟件優(yōu)化這類電路的設(shè)計(jì)。雖然，現(xiàn)在的仿真工具功能很強(qiáng)大。但是我們還是不能把太多的自變量拿來優(yōu)化。我們要學(xué)會(huì)分解模型分步優(yōu)化。下面以H面波導(dǎo)微帶為例介紹這種方法。轉(zhuǎn)換電路基本結(jié)構(gòu)n優(yōu)化設(shè)計(jì)分成兩步：優(yōu)化設(shè)計(jì)分成兩步：q優(yōu)化探針；優(yōu)化探針；q優(yōu)化阻抗變換器；優(yōu)化阻抗變換器；優(yōu)化探針的模型加2級(jí)變換器電子科技大學(xué) 賈寶富 博士微波無源電路仿真技術(shù)一個(gè)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)例子設(shè)計(jì)目標(biāo)nW波段微帶波導(dǎo)轉(zhuǎn)換n工作頻率：73.8-112GHzn端口反射： -30dBn插入損耗： 1ddBW波段波導(dǎo)n波導(dǎo)型號(hào)：

3、WR-10nab=2.54mm1.27mm中心頻率1/4波導(dǎo)波長(zhǎng)微帶介質(zhì)基片n微帶基板：Rogers RT/duroid 5880nr=2.2；tan=0.0009nH=0.127mm; t=0.018mm綜合50歐姆線寬某同學(xué)建立的仿真模型模型中材料設(shè)置模型中端口設(shè)置n端口1n波端口n1個(gè)模式端口2波端口1個(gè)模式模型中邊界設(shè)置n空氣盒上蓋設(shè)為輻射邊界。模型中波導(dǎo)開孔1.5mm0.4mm模型中存在的問題n未利用對(duì)稱性；q計(jì)算時(shí)間與網(wǎng)格數(shù)量N的平方成正比。利用對(duì)稱性可以使網(wǎng)格的數(shù)量減少一半。n介質(zhì)基板使用有耗材料；q使用有耗材料，場(chǎng)量的矩陣元素為復(fù)數(shù)。使用理想材料場(chǎng)量的矩陣元素為實(shí)數(shù)。n端口2有

4、多個(gè)模式可以傳播；q有高次模式可以傳播，端口未設(shè)置（端口2模式數(shù)為1）。致使高次模在端口全反射。n微帶厚度不為零；q波導(dǎo)開孔一定要保證在整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)波導(dǎo)開孔中除微帶工作模式-準(zhǔn)TEM模之外，所有的高次模式都不能傳播。并且，這些高次模在波導(dǎo)開孔中要有足夠的衰減（大于20dB）。波導(dǎo)開孔寬度與高次模單位長(zhǎng)度衰減n計(jì)算端口1高次模的衰減/mm（a1是開口寬度,f=112GHz）。單位長(zhǎng)度衰減單位長(zhǎng)度衰減約為約為15dB波導(dǎo)與高次模的耦合na1是開口寬度，f=112Ghz，L0=2mm。保證波導(dǎo)中的能量絕大多數(shù)耦合到微帶中。每毫米耦合小每毫米耦合小于于-20dB70.0075.0080.0085

5、.0090.0095.00100.00105.00110.00115.00Freq GHz-3.00-2.50-2.00-1.50-1.00-0.500.00dB(S(2,1)Ansoft LLCProb_3XY Plot 2Curve InfodB(S(2,1)Setup1 : Sweep1a1=1mmdB(S(2,1)Setup1 : Sweep1a1=1.1mmdB(S(2,1)Setup1 : Sweep1a1=1.2mm頻率高端插損隨開口寬度變化波導(dǎo)開口的原則n當(dāng)波導(dǎo)開口的橫向尺寸變小以后，波導(dǎo)中邊壁橫向尺寸的突變會(huì)帶來額外的反射。因此，橫向開口的尺寸也不是越小越好。選擇的原則是不能

6、傳播高次模，并對(duì)高次模有足夠衰減的前提下越大越好。橫向尺寸突變優(yōu)化用仿真模型n微帶用理想導(dǎo)體(PEC)；n介質(zhì)基片用無耗介質(zhì)( r=2.2；tan=0);n空氣介質(zhì)用真空(Vacuum).優(yōu)化模型邊界設(shè)置優(yōu)化模型邊界設(shè)置端口1波端口1個(gè)模式端口2波端口1個(gè)模式選擇優(yōu)化變量L1S1W1S2W1設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)/選擇優(yōu)化器優(yōu)化結(jié)果70.0075.0080.0085.0090.0095.00100.00105.00110.00115.00Freq GHz-50.00-40.00-30.00-20.00-10.000.00Y1Ansoft LLCProb_1XY Plot 1Curve InfodB(S(

7、1,1)Setup1 : Sweep1dB(S(2,1)Setup1 : Sweep1最后結(jié)果電子科技大學(xué) 賈寶富 博士微波無源電路仿真技術(shù)同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換技術(shù)指標(biāo)：工作頻率：16.6-17.1VSWR=1.3上部端口1端口2焊點(diǎn)5880基板微帶寬度0.88mm；焊盤直徑：1.28mm微帶背面腐蝕掉r=2.2mm的圓孔下部波導(dǎo)短路面.4.4mm2mm8mm圓錐高1mm;上半徑0.6mm；下半徑2mm.5mm圓桿直徑：0.6mm;圓錐中心在波導(dǎo)上的相對(duì)位置2.7mm8mm波導(dǎo)短路面波導(dǎo)段中心線波導(dǎo)輸入/輸出微帶輸入/輸出仿真結(jié)果（S參數(shù)）16.2516.5016.7517.0017.2517.50Freq GHz-35.00-30.00-25.00-20.00-15.00-10.00-5.000.00Y1Ansoft LLCHFSSDesign6XY Plot 1Curve InfodB(S(1,1)Setup1 : Sweep1dB(S(2,1)Setup1 : Sweep1駐波比16.2516.5016.7517.0017.2517.50Fre