改进的同轴到微带过渡结构设计

同轴，微带，过渡 iwJeV J  
摘要：本文提出了一种改进的同轴到微带的过渡结构，通过应用在微带地板上开孔以及基板上开过孔等措施，使得其在1GHz~13GHz频带内，回波损耗小于-20 dB。本文给出了简单的分析，并且通过数值仿真，验证了设计的合理性。 UA@(D  
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1.    引言 Eg&oAY.U  
在射频测试系统中，同轴到微带的过渡结构很常见，例如，为了测试印制电路板(Printed-Circuit Board)上电路的电性能，方便电路与测试设备相连接，通常需要在电路的输出端口处焊接一个标准的50 同轴接头，即将同轴接头内导体与微带焊接于一起，同轴接头的外导体与微带的地板平面焊接于一起，这样便形成了一个典型的同轴到微带过渡结构。 EA@p]+P  
从传输线所传播的电磁波模式来看，同轴线传输的是横电磁波(TEM)，而微带线传输的则是准横电磁波(Quasi TEM)，两种不同的传输线形式在连接时，即在同轴接头与微带的连接处，将会产生不连续，并且随着频率的逐渐增高，这一影响将会变得更为明显，如导致较大的回波损耗或插入损耗等。因此，在设计具有较好性能的同轴到微带过渡结构时，必须应用一些补偿措施，来消除或减小这种不连续带来的影响，使得过渡结构具有较小的回波损耗及插入损耗，确保过渡结构的引入对待测电路的性能不造成较大的影响。 e
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已有很多文献研究了同轴到微带过渡结构，如文献[1]指出过渡结构的不连续性表现为容性；文献[2]中采用去掉一部分地板，并在微带与地板间伸入一活塞(Plunger)，并调节其伸入的深度，用于减小同轴到微带过渡结构的不连续性的影响，使之具有较好的性能；文献[3]中采用了逐渐去掉多层基板上的部分地板及逐渐使同轴内导体偏心等措施，使得在多层基板上的过渡结构实现了较好的性能；文献[4]系统的介绍了采用侧馈(Edge Launch)时的同轴到微带过渡结构的设计，并给出了等效电路。 k@HV wK'y  
本文将介绍一种改进的同轴到微带的直角过渡结构，通过采用地板开孔、基板开过孔等易于加工的补偿措施，使得其在1GHz~13GHz频带内，回波损耗小于-20dB。下文将分别给出其结构设计、仿真结果与分析、结论。 :G+8%pUX]  
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2.    结构设计 JO\F-xO  
基本的同轴到微带直角过渡结构如图1所示，它使用的是标准的50  SMA同轴接头；基板材料为聚四氟乙烯，基板厚度为0.50mm，相对介电常数为2.65，微带线宽为1.38mm，所对应的微带线特性阻抗为50 ；在微带地板平面上开圆孔，其直径为4.1mm，即为标准的50  SMA同轴接头中填充介质的直径。 +:@lde]/p  
改进的同轴到微带的直角过渡结构如图2所示，与图1所示结构的区别主要是：调整了地板开孔的直径，为3.00mm；在基板上开两过孔，过孔的直径为0.40mm，对称的分布在微带的两侧，过孔的中心位置与同轴内导体的中心位置水平距离x与垂直距离y均为1.00mm。 j<+QGd%  
图1. 基本的同轴到微带的直角过渡结构 [ 0?*J<d  
图2. 改进的同轴到微带的直角过渡结构 !/pE6)a  
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3.    仿真结果与分析 X%iiz  
使用数值仿真工具[5]，对图1所示的基本过渡结构进行建模仿真。图3分别给出了以同轴接头为参考面的回波损耗。 gmG M[c\  
图3. 基本结构的回波损耗 W( O)J$j  
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从图3可以看到，过渡结构仅在4.45GHz以下时，回波损耗小于-20 dB，特别是在9GHz~13GHz时，回波损耗恶化得更为明显。这说明过渡结构中同轴内导体与微带交接处所引入的不连续性，对过渡结构的性能有着严重的影响。因此，必须引入一些补偿措施，来消除或减小这种不连续性的影响。 oqu; D'8  
基于这种考虑，首先，调节微带地板上所开圆孔的直径，考查其对回波损耗的影响，结果如图4所示。 
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     图4. 地板开孔的直径变化对回波损耗的影响 u=epnz:<  
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由图4可以看到，微带地板上所开圆孔的直径变化对过渡结构的回波损耗影响很大，并且当所开圆孔的直径为3.00mm时，结果为最佳，在1GHz~12.33GHz频带内，回波损耗小于-20 dB。然而，其离设计指标的要求，还有一定的差距，因此还须引入其它的补偿措施。 kNW}0CDgs  
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图5. 基板过孔的位置变化对回波损耗的影响 AcF6p)@_  
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其次，保持在微带地板上开直径为3.00mm圆孔，并在基板上开 ..
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4.    结论 R]s\s[B  
本文所提出的改进的同轴到微带的直角过渡结构，针对于0.50mm厚、相对介电常数为2.65的聚四氟乙烯板设计，通过应用在微带地板上开孔以及基板上开过孔等补偿措施，使得其在1GHz~13GHz频带内，回波损耗小于-20dB，达到了设计指标的要求。另外，不同基板厚度及基板材料上的同轴到微带过渡结构设计，还有待于进一步研究。 o~ v   
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参考文献 6}Iu~|5  
[1] M. Caulton, J. Hughes and J. Sobol, “Measurements on the properties of transmission lines for MICs,” RCA Rev. , vol.22, pp. 377-391, Sept. 1966 #Tr>[ZC  
[2] E. H. England, “A coaxial to microstrip transition,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT-24, pp. 47-48, Jan. 1976 Sr9)i8x{  
[3] Scott A. Wartenberg and Qing Huo Liu, “A coaxial-to-microstrip transition for multilayer substrates,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT.52, pp. 584-588, Feb. 2004 2HxT+|~d6  
[4] Jamal S. Izadian and Shahin M. Izadian, “Microwave transition design,” Artech House, 1988 ZSB_OS[N  
[5] Computer Simulation Technology (CST) Microwave Studio, ver. 5.0, 2004

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