电早 ｌ■ 科学 一种双脊波导到同轴转换器的设计与实现 钟波 （电子科技大学电子工程学院四川成都６１００５４） 摘要： 双脊波导相对矩形波导具有更宽的单模工作带宽，而一个微波系统中各类传输线之间的转换器也是必不可少的。介绍一种双脊波导（ＷＲＤ６５０＂－＇Ｉ作 频段６．５ＧＨｚ￣１８ＧＨｚ）到同轴Ｎ型接头的转换器的设计与实现。采用ＨＦｓｓ高频仿真软件进行设计和仿真，优化后的最大驻波比小于１．２５、插入损耗低于０．０６ｄＢ：其实 测结果分别为ｉ．３和０．２ｄＢ。该转换器具有频带宽、驻波低、插损小等优点。 ’ 关键词： 双脊波导：同轴Ｎ型接头；转换器；驻波比：插损 中图分类号：ＴＮ３文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－－７５９７（２０１０）０４１００２９－－０２ ０引畜 １双青渡导ＷＲＤ６５０刭同轴Ｎ曩接头转换曩设计 脊波导是矩形波导的一种变形，与普通矩形波导相比具有更紧凑、工 本文中转换器的主要设计思路是：先从双脊波导传输线上引入一同轴 作频带宽、等效特性阻抗低等特点并且得到了越来越多的运用［１］，例如宽 探针耦合，将波导中传输的微波功率导向到同轴传输线上去，但由于直接 频带传输系统及宽频带测试系统（宽带定向耦合器、双工器、宽带脊波导 导入会产生很大的反射，所以在同轴线上再加入阻抗变换的过渡段，以减 滤波器等）、微波元件的宽带匹配段（微带一波导过渡、同轴一波导过 小反射量并让其输出阻抗最终匹配到５０欧姆同轴传输线。本文的目标就是 渡）、微波管的输出波导（移相器、变频器、脊波导缝隙天线阵）等等。 综合考虑加工难易程度，尽可能的降低该转换器两端口的反射系数。 双脊波导是脊波导中的一种，其具有更宽的单模工作带宽和更低的特 １．１探针耦合 性阻抗。在美国电子工业协会（ＥＩＡ）制定的波导标准中，ＷＲＤ６５０为双脊波 探针耦合和探针激励都是在波导中引入一个不连续性结构，不同的是 导的一种型号标准，工作频段６．５～１８ＧＨｚ，其波导内壁尺寸及Ｎ接头尺寸分 一个是作为广义的负载而另一个则是广义的激励源探针耦合是个电场耦 别如下所示： 合，探针必须放在电场最强的地方并且与电场平行，才能得到较好的耦合 ［３］ 一般来说，探针耦合是一个弱耦合，不易实现强耦合，但经过各种变 形可以得到宽带强耦合。 １．２阻抗匹配网络设计 设计阻抗匹配网络的方法很多，主要有网络综合法和阻抗圆图法 ［４］。本文采用的是１／４波长阶梯阻抗变换的方法。１／４波长阻抗变换是由许 多长度相同（在中心频率上是１／４波长）、特性阻抗不等的均匀传输线段所 构成，如图３所示。 ｚｑ ｌ Ｚｔ ｚＩ ．Ｉ 图３ １／４波长阻抗变换器 每一节１／４波长线阻抗变换器就可以起到阻抗变换作用，设负载阻抗 为ｚＬ，传输线特性阻抗为ｚｃ，则有如下关系： 图ｌ ＷＲＤ６５０内壁尺寸／ｍ ｚ证＝ｚｃ‘ 在中心频率上有： Ｉ￣ｌ－－ｒａ２，则ｚ ＝ｚ ‘／２ｔ 但当工作频率偏离中心频率时，两个阶梯不连续性上的反射在输入端 不能完全相消，匹配程度变坏。这就必须采用多节阻抗阶梯变换器，使得 各阶梯阻抗缓慢变换，阶梯上的反射在输入端相互抵消，能够在保证预定 指标下，达到宽带匹配［５］。 １．３ ＨＦＳＳ建模仿真设计 图４、图５分别为该转换器的３Ｄ模型图和剖面图： 图２ Ｎ接头（ａ内导体外径；ｂ外导体内径） 波导一同轴转化器是微波设备、微波测量、微波系统和工程中必不可 少的器件。其转换形式主要有以下几种方式：小孔耦合、探针耦合、鳍线 过渡转换、脊波导转换［２］。其中同轴探针耦合是应用比较广泛的一种转换 方式。本文的双脊波导一同轴转换器就是采用的同轴单探针耦合过渡结构来 进行设计和实现的。 图４ ３Ｄ模型图 电子 科学 ＶＡ 一● 同轴段选用聚四氟乙烯作为 填充介质，其阻抗匹配最先只用 了２节阶梯变换，但一直不能得 到很好的宽带匹配，最后不得不 采用了３节阶梯变换，并在波导 后壁添加了一个渐变段，这是以 增大加工难度的代价换取了较好 的宽带匹配特性。在仿真优化的 图５剖面图 过程中发现。耦合探针的粗细、 图８转换器两端口相移 ２总结 长度和波导中放置的位置对转换器特性也有着极大的影响。当耦合探针过 粗时甚至还会出现全反射点，严重影响了转换器的频带特性和工作稳定 性，所以在设置加工公差的时候一定要注意这个问题，应确保公差为负 双脊波导到同轴转换器的研究资料和相关文献很难获取，该转换器虽 然加工难度和精度要求较高，但其换回来的带内最大驻波低于１．３、插入损 耗小于０．２ｄＢ的优良工作指标达却是值得肯定的，已经很接近国内外知名转 换器生产厂商的技术水平。 参考文献： ［１］张晓春，脊波导中主模及各高次模ｋｃ的ＣＡＤ计算［Ｄ］．成都：电子科技大 学，２００３． ［２］廖承恩，微波技术基础［砌．西安：西安电子科技大学出版社，１９９４． ［３］梁联倬，微波网络及其应用［Ｍ］．北京：电子工业出版社，１９８５． ［４］Ｄａｖｉｄ Ｍ．Ｐｏｚａｒ．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｍ］．张肇仪等译，北京； 电子工业出版社，２００６． ［５］Ｃｏｌｉｉｎ Ｒ Ｅ，Ｆｉｅｌｄ Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｇｕｉｄｅｄ Ｗａｖｅｓ［Ｍ］．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：Ｍｏ Ｇｒｏｗ－Ｈｉｌ１。１９６０． （上接第４ｌ页） ４ ＣＭＯＳ功放在射囊炽囊技术中的应用晨望 结合ＣＭＯＳＴ艺的特点，选取合适的功放效率技术，同时兼顾线性化指 标，偏置自适应、包络跟踪、ＥＥＲ、ＬＩＮｅ、Ｄｏｈｅｒｔｙ放大器等，都将是今后 ｃＭ０ｓ工艺，在９００ｍＨｚ／２．４ＧＨｚ／５．２ＧＨｚ等多个频段实现高效功率放大与 转换，将是今后的一个重要研究方向。 ５结论 本文论述了射频识别技术的发展现状，射频技术的工艺选择，ＣＭＯＳ射 的研究方向。特别地，以下方向将是今后的工作重点： １）功率合成技术。在目前文献中，ＣＭＯＳ工艺实现的射频线性功放的 最大输出功率在０．２５Ｗ左右，非线性功放的峰值输出功率都在１＿５ｗ左右。 频功放技术及局限性，并展望了ＣＭＯＳ功率放大器应用于射频识别技术中的 研究方向。 根据射颓识别技术对效率和线性度的要求，功放的峰值输出功率将会达到 １ｗ以上，同时还要满足一定的线性度指标。但是，单纯的非线性功放并不 能满足ＲＦＩＤ的线性度要求，故需要综合考虑峰值输出功率、效率、线性度 等多方面的关系。对线性功放采用功率合成技术，是能够保证ＲＦＩＤ技术要 求的一个重要选择。 ２）功率控制技术。线性功放的功率控制模式有动态改变偏置电压、 负载阻抗、输入信号幅度等；非线性功放由于其输入信号的恒定性，其功 率控制模式有可变电源电压、改变输出级器件大小，以及采用并联放大结 构等。针对不同的需要，设计出一个具有稳定效率的输出功率可变的读写 器（１Ｗ、０．８Ｗ、０．４Ｗ、０．２Ｗ等），很有实际意义。 ３）多频段功率放大器。射频识别技术的发展要求读写器能够读写多 参考文献： ［１］什么是ＲＦＩＤｈｔｔｐ：／／ｔｅｃｈ．１６３．ｃｏｍ／０９／０３１０／２２／５４３１０Ｕ５ＨＯＯＯ９３８ＥＥ．ｈｔｍ１． 基金项目：大理学院青年教师科研基金项目（ＫＹＱＮ２００９—２９） ［２］文光俊、谢福珍等，单片射频微波集成电路技术与设计，北京，电子 工业出版社，２００７，２：２４—６２． ［３］Ｌ．Ｅｗｙｒｏ，Ｉ．Ｎａｍ， Ｋ．Ｉｃｋｊｉｎ，Ｇ．Ｇｉｌ．Ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｓｅｍｉｃ０ｎｄｕｃｔｏｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｓｃａｌｉｎｇ ｏｎ ＣＭＯＳ ＲＦ ａｎｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ｆｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ。２００５，５２（７）：１４１５—１４２２． ［４］良，ＣＭＯＳ射频电路的发展趋势，电子产品世界，２００４， （８）： ５４—５６． 频段、多模式的射频信号。相应地，在功率放大器、天线的研究中，也要 考虑到发射多频段、多模式信号的集成化。目前，ＲＦＩＤ的研究热点在８６０— ９３０ＭＨｚ和２．４５ＧＨｚ两个频段。文献中已有的双频段功放多集中于９００ＭＢｚ／ １．９ＧＨｚ和２．４ＧＨｚ／５．２ＧＨｚ两个频段，且多是把几个不同波段的功放简单 地并列在一起。而ＣＭＯＳＩ艺实现双频段功率放大器仍处在探索阶段。采用 ［５］Ｙ．Ｃａｏ，Ｒ．Ａ．Ｇｒｏｖｅｓ，Ｘ．Ｈｕａｎｇ．Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ—ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ— ｃｉｒｃｕｉｔ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｏｎ—ｃｈｉｐ ｓｐｉｒａｌ ｉｎｄｕｃｔｏｒｓ．ＩＥＥＥ Ｊ．ｏｆ Ｓｏｌｉｄ—Ｓｔａｔｅ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ，２００３，３８（３）：４１９—４２６． ［６］高同强、池保勇等。ＣＭＯＳ功率放大器在射频识别技术中的应用概述， 微电子学，２００６．８．
