基于脊波导到同轴变换的宽带功分器设计

基于脊波导到同轴变换的宽带功分器设计
介绍了一种宽带单脊波导功分器的设计方法，在实现脊波导到同轴变换的同时实现等功率分配。

设计基于脊波导到同轴变换，采用两级阻抗变换很好地改善了阻抗匹配，提高了传输特性。

仿真结果显示，单脊波导功分器在8.1GHz～13.6GHz频带范围内输入端口回波损耗小于-20dB，插入损耗小于-3.08dB。

标签：单脊波导；波导同轴变换；阻抗变换
1 引言
波导同轴变换器是各种雷达系统、精确制导系统和微波测试系统中的重要无源连接器件[1]，在微波系统中有着非常广泛的应用。

为了适应宽带应用的需求，宽带波导同轴变换也被广泛研究[2-3]。

相对于矩形波导来说，脊波导有着更宽的工作频带，适用于各种宽带系统中，因此宽带波导同轴变换通常在脊波导的基础上开展设计。

本文基于脊波导到同轴变换，设计了一种宽带单脊波导功分器，能在实现脊波导到同轴变换的同时实现等功率分配，采用两级阻抗变换技术对阻抗匹配进行了优化设计。

2 设计仿真
设计选用24JD7500标准单脊波导，同轴部分为50Ω特性阻抗的SMA型同轴接头。

单脊波导功分器整体结构如图1所示，其中A为单脊波导，B为SMA 同轴接头，C为两级阻抗变换中的同轴阻抗变换部分，D为两级阻抗变换中的脊波导阻抗变换部分，E为与波导的脊相连接的同轴部分内导体。

而且SMA同轴接头为单脊波导功分器的输入端口1，单脊波导两个端面作为功分器的输出端口2和3。

结构模型中同轴部分内导体外的介质材料选用聚四氟乙烯。

同轴阻抗变换部分、脊波导阻抗变換部分的初始长度取四分之一波长，以此为基础仿真优化。

图2给出了功分器同轴输入端口1回波损耗的仿真结果，图中曲线从上到下依次为没有加载阻抗变换、仅加载脊波导一级阻抗变换、仅加载同轴一级阻抗变换和加载两级阻抗变换的回波损耗。

可见在8.1～13.6GHz频带内，两级阻抗变换后的回波损耗小于-20dB；而且在8.6～13.0GHz频带内，回波损耗小于-26dB，输入端口可获得良好的阻抗匹配。

功分器两级阻抗变换后的插入损耗S21和S31的仿真结果如图3所示，在8.0～13.6GHz频带，插入损耗小于-3.08dB。

3 结论
通过加载两级阻抗变换的优化设计，得到了一种基于脊波导到同轴变换的宽带功分器，仿真结果表明了该设计方法的有效性，在8.1GHz～13.6GHz频带范围内输入端口回波损耗小于-20dB，插入损耗小于-3.08dB。

该宽带功分器结构简
单、性能优良，机械加工要求不高，可用于宽带天线和器件的测试及馈电。

参考文献：
[1]陈明珠.波导-同轴转换器国内外的新进展[J].光纤与电缆及其应用技术，1994（02）：16-19.
[2]汤一铭，薄亚明. 6～20GHz同轴-矩形波导转换器的设计[J]. 微波学报，2012，28（02）：32-35.
[3]周杨，李恩，郭高凤，杨涛.宽带脊波导到同轴转换器的研制[J]. 电子科技大学学报，2011，40（06）：835-838.
作者简介：何建平（1984-），男，湖北孝昌人，博士，工程师，设计师，主要从事：雷达馈线和微波元器件的研究工作。