一种新型同轴-脊波导转换器的分析与设计

一种新型同轴-脊波导转换器的分析与设计 一种新型同轴-脊波导转换器的分析与设计 【高科技产品研发】.蘸曩 一 种新型同轴一脊波导转换器的分析与设计 刘其强 (电子科技大学电子学院四川成都610054) 摘要:同轴一波导转换器在微波系统中得到广泛使用,介绍一种双脊波导(WRD650,工作频带:6.5-18GHz)到同轴N型接头转换器的分析与设计.该转换器 具有超宽带,低驻波,低插损等优点. 关键词:双脊波导;同轴线:转换器 中图分类号:TN2文献标识码:A文章编号:1671--7597(2010)1O10065--01 0引育 同轴一波导转换器是微波系统中非常重要的元件,实现同轴线和矩形 波导之间的互联.脊波导在宽带波导系统中,带到广泛的应用.脊波导的 单模工作频带宽,可以实现倍频程工作.脊波导的这个特性是矩形波导所 不具备的.实现同轴一脊波导之间的转换器有很大的实用价值. 同轴波导转换器的基本设计要求是低的驻波比,低的插入损耗,简称 低驻波,低插损.传统的同轴波导转换器的相对带宽在20%左右.本文设计 的同轴一脊波导转换器,是WRD650双脊波导,到N型同轴接头之间的转 换,采用同轴线在双脊波导E面激励的方式,相对带宽94%. 1理论分析 同轴,脊波导转换主要是模式转换和阻抗匹配. 同轴线传播的是TEM波,横截面的电场结构如图1(a)所示,横截面 的磁场结构如图1(b)所示.脊波导的主模是TEIO模,横截面的场结构如 图2所示.同轴一波导的模式转换是从同轴线的TEM模到波导的TEIO模之间的 转换. (a) 图3i/4波长阶梯阻抗变换器 1/4波长阶梯阻抗变换器的设计在很多微波无源电路中得到应用,它 是一种周期结构,每节的特性阻抗都是待匹配阻抗与前一节阻抗的几何平 均值,使前后阻抗得到很好的匹配.在宽带系统中,使用多节阶梯阻抗, 各阶梯所产生的反射波彼此抵消,得以在宽的频带内实现良好的匹配. 2仿真结果 HFSS是3D电磁仿真软件,采用有限元法,可以分析和仿真任意形状和 边界条件的3维电磁问题.合理使用HFSS这一软件,可以缩短产品的设计时 间,可以提高产品的成品率,进而可以降低产品的成本.建立好的物理模 型如图4所示. (a)电场结构图(b)磁场结构图 图2脊波导横截面的场结构图 标准N型同轴接头的特性阻抗是50Q,波导的特性阻抗大于120Q同 轴一波导的阻抗匹配是从同轴线的特性阻抗50Q到波导的高阻抗之间的匹 配. 阻抗匹配的方法主要有网络综合法和阻抗圆图法.本文采用的是 1/4波长阶梯阻抗变换法.1/4波长阶梯阻抗变换法是由许多长度相等,特 性阻抗不等的均匀传输线段所构成,如图3所示. 图4HFSS仿真模型示意图图5回波损耗 仿真结果如图5所示.从图中可以看出,在通带6.518GHz内回波损耗 都小于一26dB,对应的驻波小于1.15,相对带宽94%. 3结论 通过理论分析,建立物理模型,仿真得到同轴脊波导转换器,实现 从N型接头到脊波导WRD650之间的转换,在6.5-18GHz频段内插损小于一 26dB.在94%的相对带宽内,实现小于1.15的驻波. 参考文献: [1]SeymourB.CohnDesignofSimpleBroad—bandWave—Guideto— Coaxial—LineJunctions[J].ProceedingofTheI.R.E. [2]WilliamsonA.G.AnalysisandModelingofTwo—GapCoaxialLine RectangularWaveguideJunctions[J].IEEETransacti0nsoilMicrowave TheoryandTechniques.1983,31(3):295~302. 匿圈 ,