同轴波导转换器的设计样本
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学校代码：10385分类号：
学 号：密 级：
学士学位论文
同轴——波导转换器设计
Design of coaxialtowaveguidetransducer
作者姓名：
指引教师：
学 科：
研究方向：电磁场与微波技术
所在学院：信息科学与工程学院
论文提交日期：二零一四年五月二十日
学位论文独创性声明
本人声明兹呈交学位论文是本人在导师指引下完毕研究成果。论文写作中不包括其她人已经刊登或撰写过研究内容，如参照她人或集体科研成果，均在论文中以明确方式阐明。本人依法享有和承担由此论文所产生权利和责任。
论文作者签名：签名日期：
学位论文版权使用授权声明
本人批准授权华侨大学有权保存并向国家机关或机构送交学位论文复印件和电子版，容许学位论文被查阅和借阅。本人授权华侨大学可以将本学位论文所有内容或某些内容编入关于数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
论文作者签名：指引教师签名：
Key words：Coaxial-waveguide transitionRidge waveguideWaveguide ladder impedance transformation
第1章绪论
1.1 同轴—波导转换器设计背景
在当代卫星通讯、干扰与抗干扰等高科技领域，高频率、宽频带电子系统发展日新月异。在这些电子系统研制过程中，基于波导构造天馈系统实现至关重要，它们普通都以波导作为输入/输出端口，而实际工程中馈电电缆或惯用测量仪器如矢量网络分析仪、频谱分析仪、功率放大器等，则大多以50Ω/75Ω同轴线作为输入/输出端口，因而高性能宽带同轴－波导转换器成为保证电子系统正常工作核心部件之一。为适应高频宽带迫切需求，需要着重考虑两个方面来改进同轴－波导转换器构造:一方面运用金属脊加载均匀波导，可减少端面特性阻抗并展宽工作频带;另一方面，需要改进同轴线和波导传播线连接办法。例如，采用多阶阻抗变换、同轴探针与金属脊垂直相交连接办法，研制用于10kW功率测试同轴－波导转换器，可得到700MHz到2500MHz工作带宽；采用脊和同轴探针平行放置并分别进行阻抗变换、探针尾部折向与脊相连办法，可得2600MHz到3700MHz带宽；采用宽壁对称加载双脊办法可得到覆盖Ka波段仿真工作频带；用直接接触式连接可得到3:1带宽，但插入损耗较大;若采用波导窄壁加载双脊、圆盘形探针尾部、非接触式连接办法，虽可获得较宽工作频带，但其构造过于复杂，加工精度规定较高。若要兼顾转换器构造简朴性和宽频带工作特性，则需进一步研究始对UWB技术进行验证。2月，FCC批准了UWB技术用于民用，UWB技术发展慢因素重要有：在1994年此前重要限于军方使用，限制了第三方开发支持UWB软件和硬件；由于UWB使用许多专用频段，FCC对UWB技术批准进展缓慢；UWB带来干扰问题也阻碍了UWB发展步伐，并且，由于UWB技术也许取代当前使用所有无线技术，涉及PAN，WLAN和无线WAN，因而，许多公司会抵制该技术商用。虽然如此，在此期间，UWB天线还是获得了很大发展。1941年，Stratton和Chu提出了类球体天线。是通过直接求解Maxwell方程得到该天线辐射性能，但是类球体天线分析办法不能应用到任意形状天线。1943年，Schelkunoff提出了双锥天线。它可以简朴运用Maxwell方程求解。该分析办法可以应用到许多其她形状天线中，同步给出这些天线阻抗特性解析公式。如今，双锥天线和它变形天线如圆锥形天线、蝶形天线等依然被广泛应用到UWB系统中。1947年，在哈佛大学美国辐射科学实验室正式规定了UWB天线定义及概念。这期间也提出了许多UWB天线，例如水滴形天线、套筒天线、梯形天线等。50年代，提出了典型非频变天线——螺旋天线。其中档角螺旋天线和阿基米德螺旋天线是最知名两种螺旋天线。1979年，Gibson提出了一种按指数规律渐变槽线天线，它是某些具备非周期构造持续逐渐变化天线。理论上，它有较大带宽，这种天线是一种高增益、线极化，是具备随频率变化恒定增益天线。1982年，R. H. Duhamel创造了正弦天线，它构造紧凑、低轮廓并且频带宽。它比螺旋天线要复杂，但它却可以提供互相正交双线性极化。因此，它可以作为极化分集天线或同步进行发送/接受操作天线。自1992以来，创造了许各种单极子盘片天线。盘片形状有圆形、椭圆形和梯形等，她们用简朴构造提供了非常宽带宽。辐射单元被固定在一种矩形接地板上，并且用同轴线馈电源。单极子盘片天线是UWB天线中比较满意天线。1999年，创造了四周天线。尽管它也许没有其她天线那么宽带宽，但却有单向辐射、双线性极化和低轮廓等独特长处。国内大学在超宽带天线设计和理论研究领域中也作出了许多贡献。
核心词：同轴—波导转换脊波导波导阶梯阻抗变换
Awenku.baidu.comstract
Coaxial-waveguidetransitionplaysanimportant role in microwave system.Based on the influence of ridge waveguide and waveguide ladder exerted on transmission performance of electromagnetic wave inguided wave system，this paper discussed the situationsof these two structures applied in the8-18GHzbroadband coaxial-waveguide converter designation. Through the conversion of coaxial-ridge waveguide-rectangular waveguide，and ladder loading of ridge waveguide，the effectiveness of impedancematchingis wellimproved,and the transmission of coaxial-waveguide converter is highlyadvanced.Impedance transformation is to eliminate in-band bad reflection，in order to obtain a good matching microwave devices，widely used in microwave circuit and antenna feed system. Its structure is largely divided into stepwise and gradual type. The former can be better than the latter in-band ripple coefficient and the shorter length. The design of stepped impedance converter，mainly divides into the traditional design method and optimization design method.Simulation results proved the effectiveness of ridge waveguide and waveguide ladder in designing coaxial- waveguide converters.The VSWR of coaxial-waveguide transition designed in this paper is less than 1.25 in the 8-18 GHz octave bandwidth，and the high modulus produced is very small.
签 名 日 期：签 名 日 期：
摘要
同轴—波导转换器是微波系统中非常重要元器件。基于脊波导和波导阶梯对导播系统中电磁波传播性能影响，本文探讨了这两种构造应用在8-18GHz宽带同轴—波导转换器设计中状况。通过同轴—脊波导—矩形波导转换，并在脊波导上加载阶梯，较好地改进了阻抗匹配效果，提高了同轴—波导转换器传播性能。阻抗变换是为了消除带内不良反射，以获得良好匹配一种微波器件，广泛用于微波电路和天线馈电系统中。其构造上大体分为阶梯式和渐变式。前者可以比后者获得更好带内波纹系数和更短长度。对阶梯阻抗变换器设计，重要分为老式设计办法和优化设计办法。本文仿真成果证明脊波导和波导阶梯在设计同轴—波导转换器中有效性，在8-18GHz倍频程带宽内驻波不大于1.25，产生高次模非常小。
学 号：密 级：
学士学位论文
同轴——波导转换器设计
Design of coaxialtowaveguidetransducer
作者姓名：
指引教师：
学 科：
研究方向：电磁场与微波技术
所在学院：信息科学与工程学院
论文提交日期：二零一四年五月二十日
学位论文独创性声明
本人声明兹呈交学位论文是本人在导师指引下完毕研究成果。论文写作中不包括其她人已经刊登或撰写过研究内容，如参照她人或集体科研成果，均在论文中以明确方式阐明。本人依法享有和承担由此论文所产生权利和责任。
论文作者签名：签名日期：
学位论文版权使用授权声明
本人批准授权华侨大学有权保存并向国家机关或机构送交学位论文复印件和电子版，容许学位论文被查阅和借阅。本人授权华侨大学可以将本学位论文所有内容或某些内容编入关于数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
论文作者签名：指引教师签名：
Key words：Coaxial-waveguide transitionRidge waveguideWaveguide ladder impedance transformation
第1章绪论
1.1 同轴—波导转换器设计背景
在当代卫星通讯、干扰与抗干扰等高科技领域，高频率、宽频带电子系统发展日新月异。在这些电子系统研制过程中，基于波导构造天馈系统实现至关重要，它们普通都以波导作为输入/输出端口，而实际工程中馈电电缆或惯用测量仪器如矢量网络分析仪、频谱分析仪、功率放大器等，则大多以50Ω/75Ω同轴线作为输入/输出端口，因而高性能宽带同轴－波导转换器成为保证电子系统正常工作核心部件之一。为适应高频宽带迫切需求，需要着重考虑两个方面来改进同轴－波导转换器构造:一方面运用金属脊加载均匀波导，可减少端面特性阻抗并展宽工作频带;另一方面，需要改进同轴线和波导传播线连接办法。例如，采用多阶阻抗变换、同轴探针与金属脊垂直相交连接办法，研制用于10kW功率测试同轴－波导转换器，可得到700MHz到2500MHz工作带宽；采用脊和同轴探针平行放置并分别进行阻抗变换、探针尾部折向与脊相连办法，可得2600MHz到3700MHz带宽；采用宽壁对称加载双脊办法可得到覆盖Ka波段仿真工作频带；用直接接触式连接可得到3:1带宽，但插入损耗较大;若采用波导窄壁加载双脊、圆盘形探针尾部、非接触式连接办法，虽可获得较宽工作频带，但其构造过于复杂，加工精度规定较高。若要兼顾转换器构造简朴性和宽频带工作特性，则需进一步研究始对UWB技术进行验证。2月，FCC批准了UWB技术用于民用，UWB技术发展慢因素重要有：在1994年此前重要限于军方使用，限制了第三方开发支持UWB软件和硬件；由于UWB使用许多专用频段，FCC对UWB技术批准进展缓慢；UWB带来干扰问题也阻碍了UWB发展步伐，并且，由于UWB技术也许取代当前使用所有无线技术，涉及PAN，WLAN和无线WAN，因而，许多公司会抵制该技术商用。虽然如此，在此期间，UWB天线还是获得了很大发展。1941年，Stratton和Chu提出了类球体天线。是通过直接求解Maxwell方程得到该天线辐射性能，但是类球体天线分析办法不能应用到任意形状天线。1943年，Schelkunoff提出了双锥天线。它可以简朴运用Maxwell方程求解。该分析办法可以应用到许多其她形状天线中，同步给出这些天线阻抗特性解析公式。如今，双锥天线和它变形天线如圆锥形天线、蝶形天线等依然被广泛应用到UWB系统中。1947年，在哈佛大学美国辐射科学实验室正式规定了UWB天线定义及概念。这期间也提出了许多UWB天线，例如水滴形天线、套筒天线、梯形天线等。50年代，提出了典型非频变天线——螺旋天线。其中档角螺旋天线和阿基米德螺旋天线是最知名两种螺旋天线。1979年，Gibson提出了一种按指数规律渐变槽线天线，它是某些具备非周期构造持续逐渐变化天线。理论上，它有较大带宽，这种天线是一种高增益、线极化，是具备随频率变化恒定增益天线。1982年，R. H. Duhamel创造了正弦天线，它构造紧凑、低轮廓并且频带宽。它比螺旋天线要复杂，但它却可以提供互相正交双线性极化。因此，它可以作为极化分集天线或同步进行发送/接受操作天线。自1992以来，创造了许各种单极子盘片天线。盘片形状有圆形、椭圆形和梯形等，她们用简朴构造提供了非常宽带宽。辐射单元被固定在一种矩形接地板上，并且用同轴线馈电源。单极子盘片天线是UWB天线中比较满意天线。1999年，创造了四周天线。尽管它也许没有其她天线那么宽带宽，但却有单向辐射、双线性极化和低轮廓等独特长处。国内大学在超宽带天线设计和理论研究领域中也作出了许多贡献。
核心词：同轴—波导转换脊波导波导阶梯阻抗变换
Awenku.baidu.comstract
Coaxial-waveguidetransitionplaysanimportant role in microwave system.Based on the influence of ridge waveguide and waveguide ladder exerted on transmission performance of electromagnetic wave inguided wave system，this paper discussed the situationsof these two structures applied in the8-18GHzbroadband coaxial-waveguide converter designation. Through the conversion of coaxial-ridge waveguide-rectangular waveguide，and ladder loading of ridge waveguide，the effectiveness of impedancematchingis wellimproved,and the transmission of coaxial-waveguide converter is highlyadvanced.Impedance transformation is to eliminate in-band bad reflection，in order to obtain a good matching microwave devices，widely used in microwave circuit and antenna feed system. Its structure is largely divided into stepwise and gradual type. The former can be better than the latter in-band ripple coefficient and the shorter length. The design of stepped impedance converter，mainly divides into the traditional design method and optimization design method.Simulation results proved the effectiveness of ridge waveguide and waveguide ladder in designing coaxial- waveguide converters.The VSWR of coaxial-waveguide transition designed in this paper is less than 1.25 in the 8-18 GHz octave bandwidth，and the high modulus produced is very small.
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摘要
同轴—波导转换器是微波系统中非常重要元器件。基于脊波导和波导阶梯对导播系统中电磁波传播性能影响，本文探讨了这两种构造应用在8-18GHz宽带同轴—波导转换器设计中状况。通过同轴—脊波导—矩形波导转换，并在脊波导上加载阶梯，较好地改进了阻抗匹配效果，提高了同轴—波导转换器传播性能。阻抗变换是为了消除带内不良反射，以获得良好匹配一种微波器件，广泛用于微波电路和天线馈电系统中。其构造上大体分为阶梯式和渐变式。前者可以比后者获得更好带内波纹系数和更短长度。对阶梯阻抗变换器设计，重要分为老式设计办法和优化设计办法。本文仿真成果证明脊波导和波导阶梯在设计同轴—波导转换器中有效性，在8-18GHz倍频程带宽内驻波不大于1.25，产生高次模非常小。