專利名稱：一種微帶-波導轉換探針與阻抗匹配的方法
技術領域：
本發明涉及電磁場和微波電路技術領域，特別涉及一種微帶-波導轉換探針與阻抗 匹配的方法。
背景技術：
隨著微波、毫米波收發系統的迅速發展，要求更為緊湊的微帶-波導過渡。目前常 用的微帶一波導過渡形式主要有脊波導過渡、對極鰭線過渡和微帶探針過渡等等。 其中，微帶探針過渡是目前應用最為廣泛的微帶一波導過渡形式，其優點為插入損 耗低、回波損耗小、頻帶寬，且結構緊湊、加工方便、裝卸容易，特別適合于毫米波 應用。
在微帶探針的設計過程中，需要將其輸入阻抗匹配到50歐姆，以便于與后級電路 (其輸入輸出阻抗一般為50歐姆)進行連接，進而減少駐波、提高功率增益及系統的 穩定性。傳統的轉換微帶探針阻抗匹配方法是通過軟件設計微帶探針的尺寸，通過 計算機仿真得到微帶探針的輸入阻抗；將輸入阻抗代入到其它阻抗匹配軟件中設計匹 配電路，進而將阻抗匹配到50歐姆。但是，這種方法操作起來比較復雜，過程繁瑣， 并且阻抗匹配電路復雜，阻抗匹配精度不高。
發明內容
為了簡化微帶-波導轉換探針的設計過程，提高阻抗匹配精度，本發明提供了一種
微帶-波導轉換探針與阻抗匹配的方法，所述方法包括
步驟A:根據背靠背微帶一波導轉換探針結構，設計得到轉換探針尺寸； 步驟B:在所述背靠背微帶一波導轉換探針結構的中間放置一段微帶線； 步驟C:變換所述微帶線的寬度進行計算機仿真，得到轉換探針的輸入阻抗； 步驟D:利用1/4波長阻抗變換線將所述輸入阻抗匹配到50歐姆。 所述背靠背微帶一波導轉換探針結構由兩個完全對稱的轉換探針結構構成，并且
所述背靠背微帶一波導轉換探針結構中心點阻抗為純實部阻抗。
所述步驟C具體為變換所述微帶線的寬度進行計算機仿真，并將仿真結果與沒有所述微帶線的轉換探針結構的仿真結果對比；當所述微帶線在某一寬度時，其特征 阻抗與所述背靠背微帶一波導轉換探針結構中心點阻抗一樣，此時仿真結果與沒有所 述微帶線的轉換探針結果的仿真結果一致，根據此時所述微帶線的寬度得到所述轉換 探針的輸入阻抗。
所述輸入阻抗為純實部阻抗。
所述阻抗變換線用于將所述純實部阻抗轉換為后級電路所需要的阻抗。 有益效果本發明將轉換探針本身尺寸的設計與阻抗計算結合起來，即在設計微 帶一波導轉換探針的同時，完成了阻抗匹配設計，極為方便的得到了轉換探針的輸入 阻抗，進而實現匹配電路設計；這種方法操作簡單，過程簡便，并且簡化了匹配電路， 提到了阻抗匹配的精確度。
圖l是本發明實施例背靠背微帶一波導轉換探針結構的三維立體示意圖； 圖2是本發明實施例背靠背微帶一波導轉換探針結構的剖面示意圖； 圖3是本發明實施例放置了微帶線的背靠背微帶一波導轉換探針結構的三維立體 示意圖4是本發明實施例利用l/4波長阻抗變換線實現了阻抗匹配的轉換探針與匹配電 路剖面示意圖5是本發明實施例提供的微帶-波導轉換探針與阻抗匹配的方法流程圖6是本發明實施例提供的微帶一波導轉換探針結構應用于Ka波段的小信號插
入損耗測試圖7是本發明實施例提供的微帶一波導轉換探針結構應用于Ka波段的輸入輸出 端口反射測試圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方 式作進一步地詳細描述。
本發明實施例提供的微帶-波導轉換探針與阻抗匹配的方法主要包括如下過程首 先根據背靠背微帶一波導轉換探針結構(如圖l所示)，設計得到轉換探針尺寸，這樣 可以保證該結構中心點阻抗為純實部阻抗，設計得到的探針剖面圖如圖2所示；其次在該背靠背微帶一波導轉換探針結構中間放置一段微帶線，通過變換該段微帶線的寬 度進行計算機仿真，得到該純實部阻抗值，該部分的三維示意圖如圖3所示；最后通 過1/4波長阻抗變換線將已得到的純實部阻抗匹配到50歐姆，通過該阻抗變換線實現 了阻抗匹配的探針與匹配電路剖面圖如圖4所示。下面詳細闡述本發明實施例提供的
技術方案。
參見圖5，本發明實施例提供了一種微帶-波導轉換探針與阻抗匹配的方法，該方
法包括以下步驟
步驟101:根據工作頻率，參考國際波導尺寸標準，選擇合適的標準方波導幾何 尺寸；
在實際應用中，可以通過査看國際波導尺寸標準表的方式，選擇出合適的標準方
波導幾何尺寸；標準方波導幾何尺寸包括方波導的長度和寬度；
步驟102:根據工作頻率中心點所對應的波長，確定方波導內的探針位于距離波
導短路面1/4波長處；
歩驟103:利用三維電磁場仿真軟件建立一個背靠背微帶一波導轉換探針結構； 背靠背微帶一波導轉換探針結構包括兩個完全對稱的矩形方波導，兩個完全一
樣的轉換探針，以及襯底和空氣等等；兩個轉換探針結構完全對稱，在利用該對稱結 構設計轉換探針尺寸時，滿足工作頻段內駐波小，損耗低要求的同時，也保證了該對 稱結構中心點阻抗為純實部阻抗；
步驟104:優化設計背靠背微帶一波導轉換探針結構中的探針長度L和寬度W;
優化后的探針可以使其在工作頻段內得到良好的駐波與插入損耗性能，此時背靠 背微帶一波導轉換探針結構中心點處的阻抗，即探針的輸入阻抗值只有實部而沒有虛 部，假設該實部阻抗值為Zin;輸入阻抗為純實部阻抗。
步驟105:在背靠背微帶一波導轉換探針結構的中間放置一段微帶線，變換該段 微帶線的寬度進行計算機仿真，得到轉換探針的輸入阻抗；
在實際應用中，當該段在中間放置的微帶線特征阻抗與上述轉換探針的純實部輸 入阻抗相同時，增加了微帶線的背靠背微帶一波導轉換探針結構的駐波和插入信號與 沒有增加微帶線的背靠背微帶一波導轉換探針結構的一致；按照這一原理，通過變換 微帶線的寬度進行計算機仿真，并將仿真結果與沒有微帶線的轉換探針結構的仿真結 果對比，設當微帶線的寬度為Wmid時，二種仿真結果一致；則此時寬度為Wmid微 帶線所對應的特征阻抗，即為轉換探針的輸入阻抗Zin;
步驟106:利用1/4波長阻抗變換線將背靠背微帶一波導轉換探針的輸入阻抗變換到50歐姆；
如圖4所示，可以根據公式^/4=7^^，得到l/4波長阻抗變換線的特征阻抗 &/4，進而計算出阻抗變換線的寬度WR;阻抗變換線用于將純實部阻抗轉換為后級 電路所需要的阻抗。
本發明實施例提供的微帶-波導轉換探針與阻抗匹配的方法，將轉換探針本身尺寸 的設計與阻抗計算結合起來，即在設計微帶一波導轉換探針的同時，完成了阻抗匹配 設計，極為方便的得到了轉換探針的輸入阻抗，進而實現匹配電路設計。這種方法操 作簡單，過程簡便，并且簡化了匹配電路，提到了阻抗匹配的精確度。
本發明實施例提供的微帶-波導轉換探針與阻抗匹配的方法簡單實用，制作出來的
模塊在Ka波段插入損耗小(-0.5dB)(如圖6所示)，駐波好(在相當寬的頻帶內小于 -20dB)(如圖7所示)；與后級功率放大器相連實現了良好的50歐姆阻抗匹配，完全 滿足了微帶到波導的轉換，以及阻抗匹配的要求。另外，本發明實施例提供的技術方 案還可以應用于任何波段微帶一波導轉換結構的輸入阻抗計算與阻抗匹配設計中。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和 原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1. 一種微帶-波導轉換探針與阻抗匹配的方法，其特征在于，所述方法包括步驟A根據背靠背微帶—波導轉換探針結構，設計得到轉換探針尺寸；步驟B在所述背靠背微帶—波導轉換探針結構的中間放置一段微帶線；步驟C變換所述微帶線的寬度進行計算機仿真，得到轉換探針的輸入阻抗；步驟D利用1/4波長阻抗變換線將所述輸入阻抗匹配到50歐姆。
2. 如權利要求1所述的微帶-波導轉換探針與阻抗匹配的方法，其特征在于，所 述背靠背微帶一波導轉換探針結構由兩個完全對稱的轉換探針結構構成，并且所述背 靠背微帶一波導轉換探針結構中心點阻抗為純實部阻抗。
3. 如權利要求1所述的微帶-波導轉換探針與阻抗匹配的方法，其特征在于，所 述步驟C具體為變換所述微帶線的寬度進行計算機仿真，并將仿真結果與沒有所述 微帶線的轉換探針結構的仿真結果對比；當所述微帶線在某一寬度時，其特征阻抗與 所述背靠背微帶一波導轉換探針結構中心點阻抗一樣，此時仿真結果與沒有所述微帶 線的轉換探針結果的仿真結果一致，根據此時所述微帶線的寬度得到所述轉換探針的 輸入阻抗。
4. 如權利要求l或3所述的微帶-波導轉換探針與阻抗匹配的方法，其特征在于， 所述輸入阻抗為純實部阻抗。
5. 如權利要求4所述的微帶-波導轉換探針與阻抗匹配的方法，其特征在于，所 述阻抗變換線用于將所述純實部阻抗轉換為后級電路所需要的阻抗。
全文摘要
本發明公開了一種微帶-波導轉換探針與阻抗匹配的方法，屬于電磁場和微波電路技術領域。所述方法包括根據背靠背微帶—波導轉換探針結構，設計得到轉換探針尺寸；在背靠背微帶—波導轉換探針結構的中間放置一段微帶線；變換微帶線的寬度進行計算機仿真，得到轉換探針的輸入阻抗；利用1/4波長阻抗變換線將輸入阻抗匹配到50歐姆。本發明將轉換探針本身尺寸的設計與阻抗計算結合起來，即在設計微帶—波導轉換探針的同時，完成了阻抗匹配設計，極為方便的得到了轉換探針的輸入阻抗，進而實現匹配電路設計；這種方法操作簡單，過程簡便，并且簡化了匹配電路，提到了阻抗匹配的精確度。
文檔編號H01P11/00GK101442148SQ200810239889
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月19日 優先權日2008年12月19日
發明者劉新宇, 袁婷婷, 閻躍鵬, 陳中子, 陳曉娟 申請人:中國科學院微電子研究所