基于脊波導到同軸變換的寬帶功分器設計

何建平（中國電子科技集團公司第三十八研究所，合肥 230088）

基于脊波導到同軸變換的寬帶功分器設計

何建平
（中國電子科技集團公司第三十八研究所，合肥 230088）

介紹了一種寬帶單脊波導功分器的設計方法，在實現脊波導到同軸變換的同時實現等功率分配。設計基于脊波導到同軸變換，采用兩級阻抗變換很好地改善了阻抗匹配，提高了傳輸特性。仿真結果顯示，單脊波導功分器在8.1GHz～13.6GHz頻帶范圍內輸入端口回波損耗小于-20dB，插入損耗小于-3.08dB。

單脊波導; 波導同軸變換; 阻抗變換

1 引言

波導同軸變換器是各種雷達系統、精確制導系統和微波測試系統中的重要無源連接器件[1]，在微波系統中有著非常廣泛的應用。為了適應寬帶應用的需求，寬帶波導同軸變換也被廣泛研究[2-3]。相對于矩形波導來說，脊波導有著更寬的工作頻帶，適用于各種寬帶系統中，因此寬帶波導同軸變換通常在脊波導的基礎上開展設計。

本文基于脊波導到同軸變換，設計了一種寬帶單脊波導功分器，能在實現脊波導到同軸變換的同時實現等功率分配，采用兩級阻抗變換技術對阻抗匹配進行了優化設計。

2 設計仿真

設計選用24JD7500標準單脊波導，同軸部分為50Ω特性阻抗的SMA型同軸接頭。單脊波導功分器整體結構如圖1所示，其中A為單脊波導，B為SMA同軸接頭，C為兩級阻抗變換中的同軸阻抗變換部分，D為兩級阻抗變換中的脊波導阻抗變換部分，E為與波導的脊相連接的同軸部分內導體。而且SMA同軸接頭為單脊波導功分器的輸入端口1，單脊波導兩個端面作為功分器的輸出端口2和3。結構模型中同軸部分內導體外的介質材料選用聚四氟乙烯。同軸阻抗變換部分、脊波導阻抗變換部分的初始長度取四分之一波長，以此為基礎仿真優化。

圖1 單脊波導功分器整體結構圖

圖2給出了功分器同軸輸入端口1回波損耗的仿真結果，圖中曲線從上到下依次為沒有加載阻抗變換、僅加載脊波導一級阻抗變換、僅加載同軸一級阻抗變換和加載兩級阻抗變換的回波損耗。可見在8.1～13.6GHz頻帶內，兩級阻抗變換后的回波損耗小于-20dB；而且在8.6～13.0GHz頻帶內，回波損耗小于-26dB，輸入端口可獲得良好的阻抗匹配。功分器兩級阻抗變換后的插入損耗S21和S31的仿真結果如圖3所示，在8.0～13.6GHz頻帶，插入損耗小于-3.08dB。

3 結論

圖2 功分器輸入端口回波損耗仿真結果

圖3 功分器插入損耗仿真結果

通過加載兩級阻抗變換的優化設計，得到了一種基于脊波導到同軸變換的寬帶功分器，仿真結果表明了該設計方法的有效性，在8.1GHz～13.6GHz頻帶范圍內輸入端口回波損耗小于-20dB，插入損耗小于-3.08dB。該寬帶功分器結構簡單、性能優良，機械加工要求不高，可用于寬帶天線和器件的測試及饋電。

[1]陳明珠.波導-同軸轉換器國內外的新進展[J].光纖與電纜及其應用技術,1994（02）:16-19.

[2]湯一銘, 薄亞明. 6～20GHz同軸-矩形波導轉換器的設計[J].微波學報,2012,28（02）:32-35.

[3]周楊,李恩,郭高鳳,楊濤.寬帶脊波導到同軸轉換器的研制[J].電子科技大學學報,2011,40（06）:835-838.

何建平（1984-），男，湖北孝昌人，博士，工程師，設計師，主要從事:雷達饋線和微波元器件的研究工作。