在微波电路中，同轴电缆和微波传输线是微波系统中常见的两种微波传输线路，同轴电缆以其带宽、屏蔽性好、结构简单、可弯曲等特性连接模块或系统在高频带中，微带线是混合微波集成电路(混合微波集成电路，HMIC )和单片微波集成电路) monolithicmicrowaveintegration
在低频微波电路中，微带同轴转换的一般连接方式是将同轴的内导体直接焊接在微带的金属带线上，将外导体和微带线的接地一起安装，该结构存在于低频带中的中继口但是，随着微波技术的发展，整机系统中使用的微波信号频率越来越高，这对微波信号传输过程中的损耗和接口的驻波提出了更高的要求，而微带同轴一般互联方式的驻波和插入损耗却在频率上本文设计了频带的微带同轴变换，通过增加的方式提高了微带同轴变换的性能。
1基本概念
1.1微带线[1]
微波传输带线是微波电路中最常用的平面传输线路之一，主要由金属带线、介质板和金属接地三部分组成，结构如图1所示。 微带线是一种半开放的平面传输线，其金属带线上有空气，下有介质基片。 微波信号在微带线中传输时，大部分电场集中在介质基片内，而上面的空气介质中也存在一部分电场。 微带线的电场线和磁场线的分布如图2所示。
式中，r是微带介质基片的相对介电常数。
金属带线的厚度t0时，金属带线端部的容量增加，等于金属带线的厚度为零、宽度为We的微带线。 等效宽度We如下所示。
1.2同轴线
同轴线是由2根同轴圆柱导体组成的波导系统，分别称为内导体和外导体，内外导体之间是空气或相对介电常数r的介质，同轴线在TEM模式的场中传输，其横截面的电磁场分布如图3所示。
)1)同轴线的特性阻抗如下所示。
这里，a是内导体的外径，b是外导体的内径，r是内外导体之间填充介质的相对介电常数。
)2)同轴连接器
现在市场上的同轴连接器多种多样，一般的SMA同轴连接的最高工作频率为27 GHz，不能满足毫米波段的要求。 能够工作到更高频带的同轴连接器有2.92 mm同轴连接器、2.4 mm同轴连接器和1.85 mm同轴连接器等，各自的连接器安装方式也多种多样，有装卸式、穿墙式、直接连接式、印刷电路板焊接式、终端连接式等
2微带同轴转换补偿孔设计方法
2.1设计方法
一般的微带同轴转换的直接连接方式如图4所示，同轴连接器的内导体直接焊接在微带线上，外导体安装在外壳上。 微带同轴等不同传输线之间的变换很难给出正确的计算公式。 从电路理论来分析，微带同轴转换结构相当于如图5所示在同轴和微带线之间并联连接电容器c的结构。 在低频带，由于电容小，产生的电容小，可以看作是开路处理，但随着频率变高，电容的电容变大，传输信号的一部分开始反射，转换结构的驻波和插入损耗显着增大参考同轴传输线的高抗补偿法[4-8]，在微带同轴转换界面上增加补偿孔。 补偿孔的示意图如图6所示，补偿孔的主要作用体现在两个方面。 (1)减小微带同轴转换结构的并联电容的允许值； )在变换结构中增加电感性空气介质的同轴线路，调谐并联电容器，改善变换结构的驻波和插入损耗。
2.2模拟分析
为了便于模拟和实测的对比，本文利用“背靠背”结构进行了建模仿真，仿真模型如图7所示。 微带线的板材为厚0.254 mm的Rogers5880。 绝缘子的具体尺寸为同轴内导体的直径D1=0.3 mm、外导体的直径D2=2.0 mm。 微带线焊接在密封的金属槽内，同轴外导体安装在壳体的壁贯通孔内，同轴内导体和微带线的金属带线通过焊锡连接，同轴内导体和微带线之间添加焊锡，焊锡量为微带线
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经过仿真软件计算，将两种微带同轴转换结构的仿真结果对比如图8所示，增加补偿孔后微带同轴转换的电压驻波比（VSWR）和插入损耗(IL)随着频率的增加都有明显下降，这说明补偿孔结构能够有效改善微带同轴转换在毫米波频段的性能。
图8中微带同轴转换的补偿孔尺寸不是其最佳的尺寸，经过仿真优化，得到微带同轴转换的最优仿真结果如图9所示。微带同轴转换驻波比在1.2以下，插入损耗在0.2 dB以下。
按照仿真的转换结构尺寸制作实物，实物的同轴接口采用可拆卸式连接器和绝缘子相结合的方式。为了对比增加补偿孔后实物性能改善效果，同时加工了无补偿孔的微带同轴转换结构，组装后的微带同轴转换如图10所示。
利用矢量网络分析仪对微带同轴转换进行测量，测试结果以及结果汇总如图11所示。
由图11的测试数据对比可知，转换结构的VSWR由3降低到1.5以下，插入损耗由4 dB下降到2 dB，因此增加了补偿孔的转换结构可以有效地降低微带同轴转换结构的驻波和插入损耗，改善微带同轴转换结构的平坦度。但转换结构的插入损耗测试结果比仿真结果大，这主要是由于以下几个方面造成的：(1)所用矢量网络分析仪的测试接口是2.4 mm同轴接口，微带同轴转换结构的接口是2.92 mm同轴接口，所以最终测试结果中包含两个2.4～2.92转接头的插入损耗；(2)可拆卸式连接器和绝缘子的连接存在误差，并且引入了两个可拆卸式连接器的插入损耗；(3)毫米频段的组装工艺要求较高，实际组装过程中不可避免地存在组装误差，所以测试结果中插入损耗比仿真结果稍差。
3 结语
本文设计了一种毫米频段的微带同轴转换结构，与以往的直接连接相比，本文所设计微带同轴转换结构增加一段补偿孔，经过仿真和实物测试的结果对比，可以看出增加补偿孔后的微带同轴转换结构驻波、插入损耗以及平坦度都有明显改善。
参考文献
[1] 温柔的方盒.微波技术基础[M].西安：西安电子科技大学出版社，2009.
[2] rxdqt，坦率的草莓，范童修.毫米波同轴微带低驻波转换电路设计[J].通信对抗，2014，33(2)：27-31.
[3] yqdl，phdds，rydwn.射频与微波技术在安防领域的应用[J].电子技术应用，2017，43(7)：4-7，15.
[4] 从容的蜜粉.射频连接器中绝缘子设计方法的改进[J].光纤与电缆及其应用技术，2004(6)：19-22.
[5] xdddqyg，xsdmd，娇气的铅笔，等.同轴电缆转接中特性阻抗的错位补偿计算方法[J].现代应用物理，2014(1)：64-70.
[6] MORAVEK O，HOFFMANN K，MILAN P，et al.Precise measurement using coaxial-to-microstrip transition through radiation suppression[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，2013，61(8)：2956-2965.
[7] MOZHAROVSKIY A，SSORIN V，ARTEMENKO A，et al.Effective utilization of coaxial connector for millimeter wave multilayer device testing[C].43th European Microwave Conference，2013：1271-1274.
[8] Liang Hongwei，LASKAR J，BARNES H，et al.Design and optimization for coaxial-to-microstrip transition on multilayer substrates[C].MTT-S International Microwave Sympsoium Digest，2001：1915-1918.
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