摘 要：

針對基于微波多層介質板的微帶線到帶狀線過渡問題，提出了一種微帶線到帶狀線寬帶垂直耦合過渡結構，通過地層的圓形開孔完成微帶線與帶狀線橢圓形貼片間的電磁耦合與匹配設計，實現了微波信號在微波多層介質板內跨層傳輸。將微帶線到帶狀線寬帶垂直耦合過渡結構在三維電磁場仿真軟件中進行了建模，并對背對背結構進行了仿真、加工與測試。測試結果表明，在 ７～１３ＧＨｚ 的頻帶范圍內輸入輸出回波損耗小于 －１２ｄＢ ，插入損耗最小為１．４８ｄＢ 。該微帶線到帶狀線寬帶垂直耦合過渡結構具備了良好的性能，同時具有電路結構簡單、加工方便等特點，在微波電路設計方面具有較高的實用價值。

１ 引 言

近年來，隨著雷達技術的發展進步，子陣化、小型化、多功能逐漸成為了雷達的重點發展方向。在這些趨勢的引領下，微波多層介質板技術在微波電路設計領域得到了廣泛的應用，大大提高了系統的集成度，實現了微波電路的小型化、高性能和低成本。

微波多層介質板的優勢在于能夠更加靈活的進行電路設計，可以在其內部層中設計各種無源器件，同時其成本要低于 ＬＴＣＣ基材，微波多層介質板技術提高了微波電路的集成度，實現了微波電路的小型化、低成本。但隨之而來的是微波電路中傳輸線的走線變得更加復雜，往往需要各種信號在不同層之間進行傳輸。當微波信號從一種傳輸線形式轉換到另一種傳輸線形式或者信號在不同的層之間傳輸的時候，都需要性能良好的過渡結構來實現良好的匹配，否則勢必造成傳輸特性的惡化，除了能引起信號的反射，還能激發出高階模以及產生輻射問題 ，使得信號傳輸帶來額外的插入損耗，惡化電路性能，嚴重的甚至會造成放大器等有源器件的自激振蕩等。因此研究不同傳輸線之間的過渡結構顯得更加必要。

一般情況下，不同傳輸線之間過渡的實現形式主要有兩種：垂直金屬過孔與電磁耦合，文獻提出了一種采用電磁耦合方式的過渡結構，仿真實現了微帶線到共面波導的過渡。文獻提出了一種基于微波多層印制板的３．８～４．８ＧＨｚ帶通濾波器，其采用垂直金屬過孔實現了微帶 線 到 帶 狀 線 的 過 渡。文 獻 提 出 了 一 種 基 于ＬＴＣＣ基板的微帶到帶狀線的過渡結構，其采用垂直金屬過孔來實現微帶與帶狀線之間的過渡。不過，采用垂直金屬過孔來實現不同層之間、不同傳輸線之間的過渡會存在電路結構復雜、成本較高等局限性。

為了設計一種基于微波多層介質板技術，電路結構簡單、加工方便的微帶線到帶狀線過渡結構。本文采用基于電磁耦合的設計思路，設計了一種微帶線到帶狀線寬帶垂直耦合過渡結構，在微波多層介質板中實現了７～１３ＧＨｚ的頻帶范圍內微帶線到帶狀線的垂直耦合過渡，并對微帶線到帶狀線過渡背對背結構進行了仿真與測試，測試結果表明該結構具備了良好的傳輸特性，對提高微波電路設計靈活性、集成度、小型化具有重要意義。

２ 微帶線 － 帶狀線寬帶垂直耦合過渡結構的原理與設計

微帶線到帶狀線寬帶垂直耦合過渡結構等效電路原理圖其如圖 １ 所示，其可以視為一個兩個端口開路的四端口耦合器 。

圖１微帶線到帶狀線寬帶垂直耦合過渡結構等效電路原理

假定第 ｎ （ ｎ ＝１ ， ２ ， ３ ， ４ ）端口的入射信號與反射信號分別表示為 ａｎ 與 ｂ ｎ ，那么各個端口的反射信號可以表示為：

其中端口３與端口４處于開路狀態，所以其反射系數為 １ 。通過在第一、二、三地層上開圓形開孔并調節各個尺寸參數實現端口１與端口２的阻抗匹配，實現微帶線 － 帶狀線的電磁耦合垂直過渡結構。本文設計的微帶線到帶狀線寬帶垂直耦合過渡結構模型圖如圖２所示。

圖 ２ 微帶線 － 帶狀線電磁耦合垂直過渡結構模型

在圖 ２ 中，最上層為微帶線部分，其以下各層依次為：第一地層、第二地層、帶狀線部分、第三地層，其中第一地層為微帶線部分的參考接地層，第二地層與第三地層為帶狀線部分的參考接地層。相鄰層之間的部分為 Ｒｏｇｅｒｓ４３５０介質板。其中微帶線部分如圖 ３ 所示，其中 Ｗ ＭＬ 為微帶線的寬度，其阻抗設置為 ５０Ω ， Ｄ ＭＬＡ１ 為橢圓形貼片的長軸長度， Ｄ ＭＬＢ１ 為橢圓形貼片的短軸長度，圖４中所示為第一地層與第二地層部分示意圖，其中 Ｄ Ｓ１ 為第一地層與第二地層圓形開孔的直徑。帶狀線部分如圖５所示，其中 Ｗ ＳＬ 為帶狀線的寬度，其阻抗設置為５０Ω ， Ｄ ＳＬＡ１ 為帶狀線部分的橢圓形貼片的長軸長度， Ｄ ＳＬＢ１ 為橢圓形貼片的短軸長度。圖６為第三地層部分示意圖，其中 Ｄ Ｓ２ 為第三地層圓形開孔的直徑。

圖３ 微帶線部分示意圖

圖 ４ 第一地層與第二地層部分示意圖

圖５ 帶狀線部分示意圖

圖 ６ 第三地層部分示意圖

３ 微帶線 － 帶狀線垂直耦合過渡結構仿真與測試

圖２中，上層的微帶線部分與帶狀線部分通過第一地層與第二地層之間的圓形開孔實現電磁耦合，并通過調節第三地層的圓形開孔大小來實現微帶線與帶狀線部分的阻抗匹配。將所述的微帶線到帶狀線寬帶垂直耦合過渡背對背結構在三維電磁場仿真軟件中進行了建模、仿真分析，如圖７ 所示，通過調節 Ｗ ＭＬ 、 Ｗ ＳＬ 、 Ｄ ＭＬＡ１ 、 Ｄ ＭＬＢ１ 、 Ｄ Ｓ１ 、 Ｄ ＳＬＡ１ 、Ｄ ＳＬＢ１ 與 Ｄ Ｓ２ 參數來實現輸入輸出端口之間良好的阻抗匹配，仿真結果顯示各個參數的值分別設置為 ０．５７ ｍｍ 、０．５９ｍｍ 、 ２．４ｍｍ 、 ２ｍｍ 、 ５．４ｍｍ 、 １．５ｍｍ 、 １．８７５ｍｍ與５．２ｍｍ 。最后將該微波多層介質板進行了加工制作，最終的微波多層介質板的厚度為１．７ｍｍ 。

圖７ 背對背仿真結構示意圖

所述的微帶線到帶狀線寬帶垂直耦合過渡背對背結構性能實測結果如圖 ８ 與圖 ９ 所示，由以上圖中可以看出本文設計的微帶線到帶狀線寬帶垂直耦合過渡結構具備了良好的性能，在７～１３ＧＨｚ的頻帶范圍內輸入輸出回波損耗小于－１２ｄＢ ，插入損耗最小為１．４８ｄＢ 。產品的最終實物照片如圖１０所示。

圖 ８ 微帶線 － 帶狀線寬帶垂直耦合過渡背對背結構輸入輸出回波損耗仿真結果與測試結果對比

圖 ９ 微帶線 － 帶狀線寬帶垂直耦合過渡背對背結構插入損耗仿真結果與測試結果對比

圖１０ 微帶線 － 帶狀線寬帶垂直耦合過渡背對背結構實物

４ 結 論

本文基于微波多層介質板技術，設計了一種微帶線到帶狀線寬帶垂直耦合過渡結構，并通過地層的圓形開孔來實現微帶線與帶狀線部分良好的阻抗匹配，對微帶線到帶狀線寬帶垂直耦合過渡背對背結構進行了仿真、加工與測試，測試結果表明本文設計的過渡結構在 ７～１３ＧＨｚ 的頻帶范圍具備了良好的傳輸特性，在微波電路設計方面具有較高的實用價值。（參考文獻略）

審核編輯 ：李倩