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介绍几种典型微波传输线和仿真分析

2024-02-26 17:47字体:
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  M模传输线有同轴线,微带线,带状线和共面波导,TE模和TM模传输线有矩形波导,圆波导,椭圆波导和瘠波导等。本次推文就简单介绍几种典型微波传输线的理论和

  同轴线(coaxial line)是一种宽带传输线,其TEM主模的截止波长无穷大,但是其第一高次模为模,单模传输时要满足。其中和分别为同轴线的内外半径尺寸。

  和理论公式一样,空气填充,内外直径分别为0.8mm和1.84mm的同轴线,其特性阻抗为。该尺寸下的同轴线欧姆特性阻抗。

  点击Build 3D,设置好求解频率和边界条件后,设置波端口的Nums of modes为2便于查看高次模模。在时域求解器中激励Port1端口即可,并勾选Calculate port mode only进行快速计算。

  从下图仿真结果可以看出,高次模模的截止频率为73.56GHz,除此之外,两种模式的电场矢量分布差异也是一目了然。

  带状线(stripline)由两块相距为的地板,与中间宽度为厚度为的矩形截面导体构成,两块地板中间填充均匀的介质,如下图所示:

  不过懒人建模仿真可以先Pick带状线的截面,然后再打开此界面,点击Construct port from picked face,即可完成波端口激励的设置,另一个波端口亦是如此。同样可以把波端口的Nums of modes设置为2,便于查看第一高次模。

  相较于带状线而言,微带线的上下半平面就没那么对称了。实际上微带线的严格场解是由TE-TM波混合组成的,然而工程实际应用中考虑到介质基板厚度,因此其场是

  和特性阻抗的近似计算,这些结果是对严格的准静态解的曲线做近似拟合,这里就不做过多赘述。 依葫芦画瓢一样计算并构建好微带线的模型,适当调整基板的横向宽度和基板长度。在

  为了拓宽准TEM模式的单模工作频带范围,需要将介质基板厚度降低。如下图所示,采用0.254mm厚度的基板,第一高次模式截止频率提高到了24.54GHz。

  strate integrated waveguide(SIW)是一种新的微波传输线形式,其利用金属通孔在介质基片上实现波导的场传播模式。

  该结构采用PCB实现两排金属化通孔,将电磁波限制在两排金属化通孔和上下金属边界形成的矩形腔内。论文给出了一个比较精准的等效的矩形波导宽度的公式:

  对于基片集成波导的理论分析与详细设计,可参考今天推送的第3条推文(附HFSS仿真SIW的实例)。基片集成波导的理论分析与详细设计

  对于SIW结构的建模,个人觉得CST相较于HFSS更加好用一点。在巧用HFSS脚本录制功能一文中,文末尝试通过录制脚本的方式修改DuplicateAlongLine的

  的值,其平移复制的个数并不会产生变化。这种建模没法达到SIW的金属化通孔间距固定的情况下,其通孔个数随着基板长度变化而自适应的需求,然而CST可以。在CST的Translate中,平移复制的距离和个数都可以设置成变量。

  接着设置求解频率范围为10GHz~20GHz,波端口激励模式设置为3个,便于查看高次模式,在时域求解器里勾选

  进行激励端口模式的快速计算。 查看仿真结果可知,前两个高次模均为模式,由于圆波导具有轴对称性,就产生了极化简并现象。

  对于矩形波导和圆波导的转换,用CST的Loft操作可以轻松搞定,需要注意圆波导端口激励模式的极化简并问题。

  可以看出20GHz~30GHz,矩圆转换的端口S11均小于-20dB,下图为矩形波导转换为圆波导的电场截面图示:

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