1 导言
毫米波矩形波导电桥在毫米波雷达和通讯体系的功分器中扮演了适当重要的人物。在毫米波段，矩形波导耦合器能够补偿Wilkinson等微带型功分器损耗过大、隔离度太小的缺点，是毫米波功分器中不行短少的重要部件。依据矩形波导的功率分配/组成网络因为自身低损耗、使用频率高的特色成为研讨人员的研讨要点。在毫米波段，关于二进制功率分配波导单元结构多选用3-dB 波导E-面分支结构，该波导分支结构具有低损耗、高隔离度及结构紧凑等特色，可是因为遭到机械加工的影响，波导分支数有必定的约束，这样会导致在毫米波段波导分支结构的带宽遭到严厉的约束。
在功率组成技能中，选用宽频带特性的功率组成网络，能够大起伏进步体系的输出功率。Louis W. Hendrick等学者提出了一种窄臂短槽的宽带电桥，这种宽带耦合是因为在耦合的一个公共区域内TE30模逐步消失的作用，这样会导致奇偶模电路电长度的改动，然后完结宽带特性。运用这种结构，完结了紧凑的结构和宽带特性。
本文依据该学者的理论提出了一种依据波导H-面的Ka波段宽频带功率组成网络，该功分网络能够完结近7.5GHz的带宽，在29.5-37GHz范围内，两端口的起伏差小于0.4dB，回波损耗小于-19.5dB。
2 依据波导H-面的Ka波段宽频带功率组成网络理论剖析
本文所提出结构是经过H面阶梯不连续性多模等效电路模型剖析而得。图1所示的比如是一个H面两级阶梯的定向耦合器，因为该电路结构仅在H面这个面上改变，所以因为TE10模的鼓励，磁场的方向与H面平行。此外，电路有两个能够折叠的对称面：AA和BB，所以能够把四个端口当作四个相同的端口进行剖析，该端口的区分依据是依据平面的奇偶模鼓励用电场和磁场鸿沟沿着两个对称面进行区分(如图所示2)。在这种情况下，散射矩阵单元散射矩阵单元能够经过四端口的反射系数：
推导得出：
下标e和o别离代表对称面的奇模和偶模，与此对应的第一个下标对应的是AA面和BB面。
图1 两级阶梯型定向耦合器
接下来考虑的是如图2所示的四分之一的一个端口的电路，这个结构是由一个两级阶梯结构成，这个阶梯结由三个波导的电场窄臂或磁场窄臂构成。三个多形式扶引级联会发生阶梯的不连续性。所以由此能够推导出如图3所示的多模等效电路模型，每个扶引在阶梯不连续性的等效形式电压和电流相互耦合如下式：
图2 四分之一端口剖面图
图3 多模等效电路模型
下标
别离代表每个波导H面的模数，
代表相连波导的模型耦合系数，它是由分界面形式匹配决议。假如假定输入波导端逐步消失的高次模端接他们的特性阻抗，输出波导端的传达和非传达形式端接从短路或许开路电路终端看去的输出阻抗，那么就能够推导出每个鼓励下的反射系数，然后得出整个电路的散射矩阵 。
3 依据波导H-面的Ka波段宽频带功率组成网络规划及仿真
经过对依据波导H-面阶梯型定向耦合起的理论剖析，依据其理论规划了依据波导H面的一级阶梯定向耦合器。本文规划该矩形波导电桥的办法是首要使用HFSS三维电磁场仿真软件进行规划。经过树立模型，设置鸿沟，进行参数扫描和优化，数据处理，制作仿真图形，得到终究结构尺度。这种办法的中心首要是参数扫描和优化，需求花费很多时刻和精力。可是因为办法比较简洁，使用核算机软件完结很多核算，特别关于毫米波段波导结构器材的规划适当有用。使用HFSS仿真结构如图4如下：
图4 依据波导H面一级阶梯定向耦合器
图5 组成网络的功分起伏 仿真成果如图5和6所示，在29GHz-37GHz宽频带的范围内，功分网络的四路起伏不平衡度小于0.5dB，相位也取得了很好的一致性，而且输入端的回波损耗小于-17dB。经过仿真成果能够看出，其尽管达到了所需的宽频带特性的要求，可是在整个频带内，起伏不平衡度及回波损耗的作用不是很好。
图6 组成网络的回波损耗及隔离度
本文依据一级阶梯规划的办法和理论又提出了二级阶梯定向耦合器，与一级阶梯耦合器区别是在公共耦合器的区域内，一级阶梯变成了二级阶梯，经过这样的改变，完结耦合区域范围内的阻抗突变，然后能够完结较低的回波损耗，起伏的不平衡度也有所改进。使用HFSS仿真如图7所示：
图7 依据波导H面二级阶梯定向耦合器
图8 组成网络的功分起伏
仿真成果如图8和9所示，在29.5GHz-37GHz的范围内，功分网络的四路起伏不平衡度小于0.4dB，相位也取得了很好的一致性，而且输入端的回波损耗小于-19.5dB。
图9 组成网络回波损耗及隔离度
经过以上两种结构的仿真结构比照，二级阶梯耦合在功分起伏不平衡度、输入端回波损耗及隔离度等功能方面，都比一级阶梯结构有了较显着的改进。
4 定论
本文在Louis W. Hendrick等学者的基础上，提出了一种依据波导H-面的Ka波段宽频带功率组成网络。该组成网络是依据H面阶梯不连续性多模等效电路模型提出的，经过对阶梯定向耦合器的规划剖析，依据波导H-面的阶梯型定向耦合器具有宽频带特性，而且跟着级数的添加其功能具有显着的改进。从仿真成果来看，该结构具有宽频带、低回波损耗、较高的隔离度等特性，这些都是取得高效率组成的必备条件之一。
