基于脊波導(dǎo)到同軸變換的寬帶功分器設(shè)計(jì)

何建平（中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所，合肥 230088）

基于脊波導(dǎo)到同軸變換的寬帶功分器設(shè)計(jì)

何建平
（中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所，合肥 230088）

介紹了一種寬帶單脊波導(dǎo)功分器的設(shè)計(jì)方法，在實(shí)現(xiàn)脊波導(dǎo)到同軸變換的同時(shí)實(shí)現(xiàn)等功率分配。設(shè)計(jì)基于脊波導(dǎo)到同軸變換，采用兩級(jí)阻抗變換很好地改善了阻抗匹配，提高了傳輸特性。仿真結(jié)果顯示，單脊波導(dǎo)功分器在8.1GHz～13.6GHz頻帶范圍內(nèi)輸入端口回波損耗小于-20dB，插入損耗小于-3.08dB。

單脊波導(dǎo); 波導(dǎo)同軸變換; 阻抗變換

1 引言

波導(dǎo)同軸變換器是各種雷達(dá)系統(tǒng)、精確制導(dǎo)系統(tǒng)和微波測(cè)試系統(tǒng)中的重要無源連接器件[1]，在微波系統(tǒng)中有著非常廣泛的應(yīng)用。為了適應(yīng)寬帶應(yīng)用的需求，寬帶波導(dǎo)同軸變換也被廣泛研究[2-3]。相對(duì)于矩形波導(dǎo)來說，脊波導(dǎo)有著更寬的工作頻帶，適用于各種寬帶系統(tǒng)中，因此寬帶波導(dǎo)同軸變換通常在脊波導(dǎo)的基礎(chǔ)上開展設(shè)計(jì)。

本文基于脊波導(dǎo)到同軸變換，設(shè)計(jì)了一種寬帶單脊波導(dǎo)功分器，能在實(shí)現(xiàn)脊波導(dǎo)到同軸變換的同時(shí)實(shí)現(xiàn)等功率分配，采用兩級(jí)阻抗變換技術(shù)對(duì)阻抗匹配進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 設(shè)計(jì)仿真

設(shè)計(jì)選用24JD7500標(biāo)準(zhǔn)單脊波導(dǎo)，同軸部分為50Ω特性阻抗的SMA型同軸接頭。單脊波導(dǎo)功分器整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中A為單脊波導(dǎo)，B為SMA同軸接頭，C為兩級(jí)阻抗變換中的同軸阻抗變換部分，D為兩級(jí)阻抗變換中的脊波導(dǎo)阻抗變換部分，E為與波導(dǎo)的脊相連接的同軸部分內(nèi)導(dǎo)體。而且SMA同軸接頭為單脊波導(dǎo)功分器的輸入端口1，單脊波導(dǎo)兩個(gè)端面作為功分器的輸出端口2和3。結(jié)構(gòu)模型中同軸部分內(nèi)導(dǎo)體外的介質(zhì)材料選用聚四氟乙烯。同軸阻抗變換部分、脊波導(dǎo)阻抗變換部分的初始長度取四分之一波長，以此為基礎(chǔ)仿真優(yōu)化。

圖1 單脊波導(dǎo)功分器整體結(jié)構(gòu)圖

圖2給出了功分器同軸輸入端口1回波損耗的仿真結(jié)果，圖中曲線從上到下依次為沒有加載阻抗變換、僅加載脊波導(dǎo)一級(jí)阻抗變換、僅加載同軸一級(jí)阻抗變換和加載兩級(jí)阻抗變換的回波損耗?？梢娫?.1～13.6GHz頻帶內(nèi)，兩級(jí)阻抗變換后的回波損耗小于-20dB；而且在8.6～13.0GHz頻帶內(nèi)，回波損耗小于-26dB，輸入端口可獲得良好的阻抗匹配。功分器兩級(jí)阻抗變換后的插入損耗S21和S31的仿真結(jié)果如圖3所示，在8.0～13.6GHz頻帶，插入損耗小于-3.08dB。

3 結(jié)論

圖2 功分器輸入端口回波損耗仿真結(jié)果

圖3 功分器插入損耗仿真結(jié)果

通過加載兩級(jí)阻抗變換的優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了一種基于脊波導(dǎo)到同軸變換的寬帶功分器，仿真結(jié)果表明了該設(shè)計(jì)方法的有效性，在8.1GHz～13.6GHz頻帶范圍內(nèi)輸入端口回波損耗小于-20dB，插入損耗小于-3.08dB。該寬帶功分器結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)良，機(jī)械加工要求不高，可用于寬帶天線和器件的測(cè)試及饋電。

[1]陳明珠.波導(dǎo)-同軸轉(zhuǎn)換器國內(nèi)外的新進(jìn)展[J].光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù),1994（02）:16-19.

[2]湯一銘, 薄亞明. 6～20GHz同軸-矩形波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)[J].微波學(xué)報(bào),2012,28（02）:32-35.

[3]周楊,李恩,郭高鳳,楊濤.寬帶脊波導(dǎo)到同軸轉(zhuǎn)換器的研制[J].電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),2011,40（06）:835-838.

何建平（1984-），男，湖北孝昌人，博士，工程師，設(shè)計(jì)師，主要從事:雷達(dá)饋線和微波元器件的研究工作。