Design and Fabrication of Ka-Band Microstrip to Waveguide Transitions Using E-Plane Probes

본 논문에서는 K-커넥터를 사용하지 않고 다수의 전력증폭기를 WR-28 도파관에서 전력 합성하기 위해 마이크로스트립 전송 선로를 도파관으로 직접 변환하는 2가지 형태의 개방형 E-평면 프로브를 최적 설계하고, 이를 활용한 변환기를 제작, 평가하였다. 중심 주파수 35 GHz에서 ${\pm}500MHz$의 대역폭을 가지며, 0.1 dB의 삽입 손실과 20 dB 이상의 반사 손실을 목표로 변환기 설계가 진행되었으며, 제작 시 발생할 수 있는 지그 가공 및 조립오차에 대한 특성도 3차원 전자기 시뮬레이션을 통해 고려하였다. 16 mm와 26.57 mm의 마이크로스트립 선로를 가지는 back-to-back 변환기 구조를 제작하였으며, 35 GHz에서 변환기 당 약 0.1 dB의 우수한 삽입 손실을 얻었고, Ka 대역 전체 주파수 영역에서 평균 0.2 dB의 삽입 손실 특성을 보였다. 반사 손실의 경우, back-to-back 구조가 Ka 대역에서 15 dB 이상의 특성을 보여 변환기 자체로는 20 dB 이상의 값을 가지는 것으로 파악되었다. In this paper, two kinds of E-plane microstrip-to-waveguide transitions are optimally designed and fabricated for combining output power from multiple small-power amplifiers in a WR-28 waveguide because conventional K connectors cause unnecessary insertion loss and adaptor loss. The transition design is based on target specifications such as a center frequency of 35 GHz, bandwidth of ${\pm}500MHz$, 0.1 dB insertion loss and 20 dB return loss. Performance variation caused by mechanical tolerance and assembly deviation is fully evaluated by three dimensional electromagnetic simulation. The fabricated back-to-back transitions with 16 mm and 26.57 mm interstage microstrip lines show insertion loss per transition of ~0.1 dB at 35 GHz and average 0.2 dB over full Ka band. Also the back-to-back transition shows return loss greater than 15 dB, which implies that the transition itself has return loss better than 20 dB.