一种波导功分器的研发

　　张志鸿，卫 明（我国电子科技集团公司第三十六研究所，浙江 嘉兴 100048）

　　摘 要：功率分配器是决议功率放大器组成功率最要害的器材之一。本文规划的功率分配器选用3 dB多枝节耦合器方法完结, 该器材结构简略，在14 GHz~16 GHz频段范围内具有低插损、高阻隔等长处。经过仿真软件HFSS对该器材进行了建模仿真，并加工出什物，实践测得该功分器输入端的回波损耗小于-19 dB，两输出端口间阻隔度大于15 dB。实测数据和仿真数据符合度较高，功用杰出。

　　要害词：功分器；定向耦合器；Ku波段

　　0 导言

　　功率分配器是一个重要的微波无源器材，广泛应用于通讯、雷达以及电子战等电子体系中。近年来，在体系需求的牵引下，功率分配器正朝着宽频带、低插损以及高功率方向开展。传统的微带传输线功分器(如威尔金森、分支线电桥、环形电桥等)，Q值低，易完结宽带，但具有损耗大、功率容量小等缺陷。依据波导传输结构的功率分配器(如H面T分支、E面T分支、魔T等)损耗小于一般的平面传输线，具有功率容量大等特色，因而广泛应用于高功率场合 ^[1] 。它们都是经过在波导内加上额定的匹配元件来抵消波导不连续性所带来的影响，然后完结匹配的。但HT和ET由所以三端口器材，无法做到彻底匹配，完结较高的端口阻隔度较难 ^[2] ，魔T则因为空间约束，关于某些有空间要求的电路并不适用。本文介绍了一种结构简略简单完结的多枝节波导耦合器结构用作功分器，并给出了其在HFSS中的仿真成果和什物测验成果。

　　1 作业原理

　　本规划中的3 dB多枝节波导定向耦合器模型如图1所示，其间，1端口是输入端；2端口是输出端口；3端口是耦合端口；4端口是阻隔端口。因为耦合度为3dB，因而当信号从1端口输入时，2端口和3端口的输出信号起伏是相同的，4端口没有信号输出，然后完结了功分器的功用。

　　本规划中选用五孔耦合的模型，如图1所示。因为多分支波导定向耦合器的结构对称，因而能够以对称面为界,运用奇偶模理论对如图1所示的五孔3dB定向耦合器进行剖析，疏忽节效应，当波导吸收负载端口和波导输入端口为偶模鼓励时,对称面上为电压波腹点,此刻该耦合器可被分成为以对称面为界的两个彼此独立而且相同的二端口网络。在此无妨假定这5个分支线的长度均为λ/4,各个分支线之间两两相隔λ/4，中心3个分支线相关于主波导的等效特性阻抗均为а,最外面两边分支线相关于主波导的等效特性阻抗均为c。则该二端口网络偶模等效电路如图2所示,奇模等效电路如图3所示。

　　二端口网络的偶模等效电路的总之一化为：

　　为了简化，用A、B、C指代上述方程式。同理，二端口网络的奇模等效电路的总之一化为：

　　将参量转换成S参量，即可得到奇偶模的反射系数和传输系数分别为：

　　抱负情况下，4端口作为阻隔端口输出为0，输入端口1端口没有反射。即：

　　由 式 （ 7 ） 可 得 ？ 由 式 （ 3 ） （ 4 ） 可 得 ，B=C。即：

　　作为功分器，则有，即：。经过式（3）（4）可得：

　　即：，再结合式（8）可得出a和c的一个联系。在此根底上运用仿真软件对该功分器进行建模和仿真。

　　2 仿真规划与完结

　　依据前文的剖析，本规划中选用的也是五孔耦合方法。选用HFSS仿真软件建模仿真，仿真模型如图4(a)所示，然后对模型进行仿真优化。经过改动5个孔的尺度以及孔与孔之间的孔距来改动耦合器的各项功用。

　　在仿真和优化过程中，5个孔的尺度以及孔与孔之间的孔距涉及到较多的变量，使得仿真优化的核算量过大，耗时较长。因而将模型简化，将5个孔的尺度设为共同，各孔间的孔距也设为共同，这样提高了仿真优化的功率，大大紧缩了仿真的时刻。

　　经过仿真优化出一组最契合目标要求的尺度后，咱们依照该尺度对模型进行加工。耦合器选用铝完结，为添加加工精度，以波导宽边的中心点为剖面，将耦合器分为两个部分进行加工。耦合器的示意图如图4（b）所示。为了削减耦合器的插损，并综组本钱考虑，将铝的外表镀银。

　　随后对耦合器进行目标测验，并将测验成果与仿真成果进行比照，成果如图3所示。

　　图5（a）为多枝节波导定向耦合功分器S ₂₁ 和S ₃₁ 的仿真和测验数据比照。从图中能够看到，仿真数据和测验数据比较符合度较高。S ₂₁ 测验数据在2.4 dB~3.4 dB之间，不平坦度约为1 dB。S ₃₁ 测验数据在-2.9 dB~-3.9 dB之间，不平坦度约为1 dB。从图3(a)的数据能够看出，该多枝节波导定向耦合功分器并不能独自作为功分器或许组成器在电路中运用，需求配对的分配组成网络中运用。

　　图5（b）为多枝节波导定向耦合功分器S ₁₁ 和S ₂₃ 的仿真和测验数据比照。S ₁₁ 的仿真数据和测验成果符合度高，测验成果显现S ₁₁ 根本上在-20 dB以下，功用杰出。而S ₂₃ 仿真数据在-20 dB以下，但实测成果在-15 dB~-20dB之间，有必定的距离。

　　3 成果剖析

　　早年面的什物测验数据和仿真数据的比照能够看出，S ₁₁ 、S ₂₁ 、S ₃₁ 等目标，仿真数据和实测数据符合，可是S ₂₃ 实测和仿真数据有必定距离。S ₂₁ 、S ₃₁ 仿真和实测数据趋势相同，符合度恰当高，这也确保了S ₁₁ 的仿真和实测数据根本符合。S ₂₃ 即2、3端口阻隔度仿真数据比实测数据高5 dB~6 dB，有必定的距离。剖析形成这一成果的原因有以下几点。①加工原因，加工存在的差错、腔体的光洁度不行，都能使得仿真和实测不相符；②仿真规划要素，因为仿真软件的原因或许参数设置问题，导致仿真成果和实测本来就存在必定的差错。

　　本规划对仿真和加工精度要求较高，当什物完结加工后，短少有用的调试手法，对耦合器进行恰当的微调，优化功用。在后续的规划中，考虑在开孔处参加调谐螺钉，加强功用的可调性。

　　参考文献

　　[1]党章,邹涌泉,张玉兴,等.一种新颖的Ku频段宽带波导功分器[J].电讯技能,2007,47(6):106-108.

　　[2]崔白彬,罗永伦.Ka波段E面3dB分支波导耦合器[C].2007年全国微波毫米波会议论文集,2007:1010-1013.

　　[3]Ho T Q,Shih Y.Spectral-domain analysis of E-planewaveguide to microstrip transitions[J].IEEE Trans. MicrowaveTheory Tech,1989,37(2):388-392.

　　[4]王文祥.微波工程技能[M].北京:国防工业出版社,2009:1-677.

　　[5]李宗谦,佘京兆,高葆新.微波工程根底[M].北京:清华大学出版社,2004.

　　本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第10期第47页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。