全带宽波导功分器的研究与设计
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电子科技大学
UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA
专业学位硕士学位论文
MASTER THESIS FOR PROFESSIONAL DEGREE
论文题目
全带宽波导功分器的研究与设计
专业学位类别
学
号
作者姓名
指导教师
工程硕士 201222040515
作者签名：
日期： 年 月 日
论文使用授权
本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。
II
ABSTRACT
divider is compact and the test results are as such as the simulation results.The power divider can be used in the occasion that the input is not in the same plane with the output port. Keywords: Power divider, multistage impedance matching, ridged waveguide ,full bandwidth, compact
王昕 王清源 教授
分类号 UDC 注 1
密级
学位论文
全带宽波导功分器的研究与设计
（题名和副题名）
王昕
（作者姓名）
指导教师
王清源 电子科技大学
教授 成都
（姓名、职称、单位名称）
申请学位级别 硕士 专业学位类别
工程硕士
工程领域名称
电子与通信工程
提交论文日期 2015.04 论文答辩日期
2015.05
学位授予单位和日期 电子科技大学 2015 年 6 月 27 日
答辩委员会主席
评阅人
注 1：注明《Βιβλιοθήκη Baidu际十进分类法 UDC》的类号。
RESEARCH AND DESIGN OF THE FULLBAND WAVEGUIDE POWER DIVIDERS
A Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China
（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）
作者签名：
导师签名： 日期： 年 月 日
摘要
摘要
功分器件是一种重要的微波无源器件，广泛用于相控阵雷达、天线馈线系统 以及功率放大器等微波设备。功分器主要用来对功率进行分配和合成，也可用作 功率调配器和双工器的输入端。功分器可以分为波导腔体和微带两大类，其中波 导腔体功分器波导以其低损耗、高功率容量和较宽的传输带宽等优良特性倍受青 睐，但它有着体积过大，加工成本较高，不便于集成等缺点，现阶段也朝着小型 化方面发展。微带功分器有着成本低廉、小体积、性能稳定易于与其他有源电路 集成的优点，广泛应用在微波系统集成和小型化领域，但传输功率的不足和插入 损耗过大也影响着它的应用。功分器性能好坏区分指标主要包括，功分器输入端 口反射系数、输出端口之间的功率幅度平衡度、插入损耗、隔离度、各输出端口 之间的相位差、器件大小等技术指标。
本论文结构上分为五章，第一章对功分器的研究背景和发展现状进行了介绍， 在章节的末尾概括了本论文的主要工作。第二章基于理论对功分器的特性进行分 析，介绍了奇偶模分析方法，详细分析了多级阻抗和脊波导理论。第三章中先对 传统二等分波导功分器进行仿真优化，最后提出并设计了一款新型 宽带 H-E 面波导功分器，该功分器工作在 ka 波段，相对带宽达到 36.14％，输出 端口的相位一致，该产品已经加工测试。第四章在前面的思想上，结合脊波导和 多级阻抗匹配理论，通过对初始功分器模型的探讨和改善，最终设计了一款新型 全带宽 E-H 面波导功分器。该功分器输入端口和输出端口呈 90°分布，在 26.4 GHz-40 GHz 的频率范围内实现了全带宽传输，其通带内的插入损耗为±0.25 dB， 输出端口相位相差 180°，最终加工的功分器结构紧凑，在矢网上测试结果与仿真 结果基本吻合，该功分器可以用于输入和输出端口不在一个平面的场合。
Major: Author:
Advisor: School :
Electronic and Communication Engineering Xin Wang
Pro f. Qingyuan Wang School of Physical Electronics
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。
III
目录
目录
第一章 绪论..................................................................................................................... 1 1.1 课题的研究背景及其意义................................................................................. 1 1.2 国内外发展动态................................................................................................. 1 1.3 本论文的主要研究工作及结构安排................................................................. 7
关键词：功分器，多级阻抗匹配，脊波导，全带宽，紧凑型
I
ABSTRACT
ABSTRACT
Power divider is a kind of significant microwave passive components, which are widely used in microwave equipment, such as phased array radar, antenna feeder system and power amplifier. Although power divider is mainly used for the power distribution and synthesis, it is also used as a power tuner and the input terminal of the duplexer. Power divider can be divided into two major categories of waveguide cavity and microstrip, the waveguide cavity power divider is wide popularity for its low loss, high power capacity and transmission bandwidth and so on, but it also has some shortcomings,including its volume is too large, high cost to process, not easy integration. Microstrip power dividers with low cost, small volume, stable performance, easy to integrate the advantages of other active circuit, widely used in the field of system integration and miniaturization of microwave, but the lack of transmission power and the insertion loss too big also affects its application.The important working parameters of power divider include input port reflection coefficient, the phase between output ports, the insertion loss in work-band, the isolation of ports, the size of device and other technical indicators.At present, the research of waveguide power divider has achieved fruitful results.
The structure of this paper is divided into five chapters, the first chapter is about the research background and development status. In chapter two , we will introduce the theoretical analysis of the characteristics of the power dividers and the odd-even mode analysis method is also presented in this paper. In the end, we will analyze the theoretical of power divider and the broadband transmission theory.In the third chapter,we will simulate two traditional waveguide power dividers, finally put forward and designed a new type of broadband H-E plane waveguide power divider, it can work in ka-band with the relative bandwidth of 36.14%, the phase of the two output ports are same, the product has been processing test. In the fourth chapter,combining the ridge waveguide and multistage impedance matching theory, through to the initial power divider model to explore and improve, finally designed a new full bandwidth E-H plane waveguide power divider. the working range is from 26.4 GHz to 40 GHz ,has realized the full bandwidth transmission. Its insertion loss in passband is lower than -0.25 dB, the phase of the two output ports are difference of 180°, eventually processing power
UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA
专业学位硕士学位论文
MASTER THESIS FOR PROFESSIONAL DEGREE
论文题目
全带宽波导功分器的研究与设计
专业学位类别
学
号
作者姓名
指导教师
工程硕士 201222040515
作者签名：
日期： 年 月 日
论文使用授权
本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。
II
ABSTRACT
divider is compact and the test results are as such as the simulation results.The power divider can be used in the occasion that the input is not in the same plane with the output port. Keywords: Power divider, multistage impedance matching, ridged waveguide ,full bandwidth, compact
王昕 王清源 教授
分类号 UDC 注 1
密级
学位论文
全带宽波导功分器的研究与设计
（题名和副题名）
王昕
（作者姓名）
指导教师
王清源 电子科技大学
教授 成都
（姓名、职称、单位名称）
申请学位级别 硕士 专业学位类别
工程硕士
工程领域名称
电子与通信工程
提交论文日期 2015.04 论文答辩日期
2015.05
学位授予单位和日期 电子科技大学 2015 年 6 月 27 日
答辩委员会主席
评阅人
注 1：注明《Βιβλιοθήκη Baidu际十进分类法 UDC》的类号。
RESEARCH AND DESIGN OF THE FULLBAND WAVEGUIDE POWER DIVIDERS
A Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China
（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）
作者签名：
导师签名： 日期： 年 月 日
摘要
摘要
功分器件是一种重要的微波无源器件，广泛用于相控阵雷达、天线馈线系统 以及功率放大器等微波设备。功分器主要用来对功率进行分配和合成，也可用作 功率调配器和双工器的输入端。功分器可以分为波导腔体和微带两大类，其中波 导腔体功分器波导以其低损耗、高功率容量和较宽的传输带宽等优良特性倍受青 睐，但它有着体积过大，加工成本较高，不便于集成等缺点，现阶段也朝着小型 化方面发展。微带功分器有着成本低廉、小体积、性能稳定易于与其他有源电路 集成的优点，广泛应用在微波系统集成和小型化领域，但传输功率的不足和插入 损耗过大也影响着它的应用。功分器性能好坏区分指标主要包括，功分器输入端 口反射系数、输出端口之间的功率幅度平衡度、插入损耗、隔离度、各输出端口 之间的相位差、器件大小等技术指标。
本论文结构上分为五章，第一章对功分器的研究背景和发展现状进行了介绍， 在章节的末尾概括了本论文的主要工作。第二章基于理论对功分器的特性进行分 析，介绍了奇偶模分析方法，详细分析了多级阻抗和脊波导理论。第三章中先对 传统二等分波导功分器进行仿真优化，最后提出并设计了一款新型 宽带 H-E 面波导功分器，该功分器工作在 ka 波段，相对带宽达到 36.14％，输出 端口的相位一致，该产品已经加工测试。第四章在前面的思想上，结合脊波导和 多级阻抗匹配理论，通过对初始功分器模型的探讨和改善，最终设计了一款新型 全带宽 E-H 面波导功分器。该功分器输入端口和输出端口呈 90°分布，在 26.4 GHz-40 GHz 的频率范围内实现了全带宽传输，其通带内的插入损耗为±0.25 dB， 输出端口相位相差 180°，最终加工的功分器结构紧凑，在矢网上测试结果与仿真 结果基本吻合，该功分器可以用于输入和输出端口不在一个平面的场合。
Major: Author:
Advisor: School :
Electronic and Communication Engineering Xin Wang
Pro f. Qingyuan Wang School of Physical Electronics
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。
III
目录
目录
第一章 绪论..................................................................................................................... 1 1.1 课题的研究背景及其意义................................................................................. 1 1.2 国内外发展动态................................................................................................. 1 1.3 本论文的主要研究工作及结构安排................................................................. 7
关键词：功分器，多级阻抗匹配，脊波导，全带宽，紧凑型
I
ABSTRACT
ABSTRACT
Power divider is a kind of significant microwave passive components, which are widely used in microwave equipment, such as phased array radar, antenna feeder system and power amplifier. Although power divider is mainly used for the power distribution and synthesis, it is also used as a power tuner and the input terminal of the duplexer. Power divider can be divided into two major categories of waveguide cavity and microstrip, the waveguide cavity power divider is wide popularity for its low loss, high power capacity and transmission bandwidth and so on, but it also has some shortcomings,including its volume is too large, high cost to process, not easy integration. Microstrip power dividers with low cost, small volume, stable performance, easy to integrate the advantages of other active circuit, widely used in the field of system integration and miniaturization of microwave, but the lack of transmission power and the insertion loss too big also affects its application.The important working parameters of power divider include input port reflection coefficient, the phase between output ports, the insertion loss in work-band, the isolation of ports, the size of device and other technical indicators.At present, the research of waveguide power divider has achieved fruitful results.
The structure of this paper is divided into five chapters, the first chapter is about the research background and development status. In chapter two , we will introduce the theoretical analysis of the characteristics of the power dividers and the odd-even mode analysis method is also presented in this paper. In the end, we will analyze the theoretical of power divider and the broadband transmission theory.In the third chapter,we will simulate two traditional waveguide power dividers, finally put forward and designed a new type of broadband H-E plane waveguide power divider, it can work in ka-band with the relative bandwidth of 36.14%, the phase of the two output ports are same, the product has been processing test. In the fourth chapter,combining the ridge waveguide and multistage impedance matching theory, through to the initial power divider model to explore and improve, finally designed a new full bandwidth E-H plane waveguide power divider. the working range is from 26.4 GHz to 40 GHz ,has realized the full bandwidth transmission. Its insertion loss in passband is lower than -0.25 dB, the phase of the two output ports are difference of 180°, eventually processing power