3毫米探针型微带/波导转换过渡

1 引言

微带/波导转换过渡在毫米波系统中大量应用。对它的研究也持续了很多年，已经大量报道的有波导/脊波导/微带过渡，波导/鳍线/微带过渡和微带探针过渡[1-8]。对于波导/脊波导/微带过渡和波导/鳍线/微带过渡，波导和微带的传播方向一致，这对部件连接很方便。但波导/鳍线/微带过渡尺寸较大，损耗也偏大，在空间尺寸要求紧凑的地方，近年来已很少使用。波导/脊波导/微带过渡不易实现脊波导与微带的有效连接。微带探针型过渡具有尺寸小，性能优良的特点，已经获得越来越多的应用。我们对微带探针过渡也做了研究，见图1示，并获得良好的性能。

2 仿真分析

采用商用软件HFSS对图1所示过渡进行了仿真分析。为方便实验验证，实验验证的结构为两个过渡相连，即输入波导通过转换过渡连接到微带，再通过转换过渡连接到输出波导。因此S11和S22是指两波导端的反射系数，S12或S21则包含了两个过渡的插入损耗。仿真结果见图3示。仿真结果显示，从90GHz到107GHz范围过渡的反射损耗都小于-20dB, 插损很小。

图1 微带探针过渡

图2 微带/波导转换过渡性能仿真结果

3 实验验证

我们加工制作了转换过渡硬件，见图3示。对转换过渡的性能进行了测试，测试结果见图4，图5，图6。微带/波导过渡器通过扭波导、弯波导及软波导与测试系统连接，图4中的插入损耗包含了这些接头和转换波导的插损。而反射损耗同样包含了这些连接件的影响。但两者还是较吻合的。

图3 微带/波导转换过渡实物照片

图4 包括连接波导的过渡转换S参数测试结果

图5 连接波导的S参数测试结果

图6 扣除连接波导插损后转换过渡插损曲线图

为获得转换过渡的真实插损，需扣除同轴波导转换接头和法兰转换连接波导等的损耗。图4为包含了转换接头和连接波导损耗的测试结果，图5为转换接头和连接波导的测试结果，图6为扣除转换接头和连接波导损耗后得到的微带/波导过渡器的实际插损。实际插损还包括了20mm长微带线的损耗。可见在94GHz到100GHz范围，插损小于2dB(即单个转换过渡插损小于1dB)，反射损耗优于20dB。由于硬件制作过程中存在不可避免的随机误差，因此，实验数据的低端（90－94GHz）的反射损耗没有仿真结果好，但插损指标在这一频段依然很好。通过进一步改进加工制作精度，预料性能还可以改善。

4 结论

本文研究了一种尺寸紧凑的毫米波微带/波导过渡转换器。仿真结果和实验结果都表明这种过渡器具有带宽宽、电性能优异的特点，可以用于各种毫米波系统中。