Ku 波段同轴波导转换器的设计

Ku波段同轴波导转换器的设计

黄磊，石一非

电子科技大学电子工程学院，成都（610054）

E-mail：hlei1125@

摘要：介绍一种Ku波段全频段的同轴波导转换器的设计与实现。采用高频仿真软件HFSS 对转接器结构进行设计，分别对波导和同轴采用阻抗变换实现匹配，给出了同轴波导转换器仿真结果，将仿真结果与实际腔体测试结果相比较，分析了影响过渡性能的因素。该过渡结构覆盖Ku波段全频段，具有频带宽、插损低、驻波小等优点。

关键词：Ku波段；矩形波导；同轴；阻抗匹配；

0. 引言

同轴线和波导广泛用来传输微波射频能量，为了能用于各种场合，这两种传输线有时要互相连接，这就需要一个同轴波导转换器[1]。同轴波导转换器是各种雷达系统、精密制导系统以及测试设备种不可缺少的无源转换器件。同轴线和波导各自传输时带宽比较宽，相连后带宽取决于转换器，也就是取决于同轴波导特性阻抗的匹配[2]。本文通过高频仿真软件HFSS 对Ku波段全频段波导同轴过渡结构进行了设计、仿真和优化，实现了低插损、宽频带和驻波小等良好的过渡性能。

1 同轴波导转换器结构设计

图1（a）转换器前视图图1（b）转换器俯视图

本文中激励器深入波导内的长度为h1，变换段长度为h2，激励器中心到第一个台阶长度w2，相邻台阶长度为w1。同轴波导转换器用介质支撑，选用聚四氟乙烯。同轴与波导都采用阶梯阻抗变换，实现较宽频段的阻抗匹配[3]。波导段采用六节阻抗变换，同轴段采用两节阻抗变换。激励器探针直接与波导对面壁上，便于散热，可实现较大功率的能量传输[4]。

整个结构中对过渡性能产生影响的参数有探针和阻抗变换段的长宽、激励器中心距离窄边的距离等。仿真中通过优化以上各种参数的组合实现过渡性能的最优化。

2. 软件仿真结果

图2同轴波导转换器模型

利用高频仿真软件HFSS对该过渡结构进行仿真，模型如图2所示。图2所示为同轴-波导探针过渡的仿真模型。本器件采用标准矩形波导BJ140，a=15.8mm，b=7.9mm。同轴接插件采用50Ω SMA型。选取w1=7.26mm,w2=5.28,h1=1.17,h2=2.23。激励器中心位于波导宽边中心[5]。

利用该模型仿真结果图3所示

图3（a）同轴波导转换器VSWR结果

图3（b）同轴波导转换器插损结果

3. 实测结果

根据软件仿真的优化结果，将一对背靠背的同轴波导转换器实物在网络分析仪上进行测试。测试结果如图4所示。

1.125

1.1301.1351.1401.1451.150

1.1551.1601.165V S W R

f/G H z

图4 同轴波导转换器测试结果

结果表明在12~18GHz 频段内VSWR 在1.12~1.17之间，满足Ku 波段同轴波导过渡的需求。

4. 结语

本文通过高频仿真软件HFSS 对同轴波导转换进行了仿真，得到了适于工程应用的过渡性能曲线，并在实验中得到验证。在波导上加载阶梯变换，可以在Ku 波段上驻波小于1.2，同时结构的对称性保证激励起的高次模非常小，波导结构的插入损耗也可以做得很低，在工程上易于实现[6]。

这种结构的同轴波导馈电提供了非常有价值的参考。该结构实现了Ku 波段全频段的同轴波导过渡，具有频带宽、插损低、驻波小加工简单等特点。

参考文献

[1] J.Uher ,J.Bornemann, Uwe Rosenberg. Waveguide Components for Antenna Feed Systems:Theory and

CAD[J] .Artech House, 1995,1(2):326-327 .

[2] T.Rizawa,R.Pendleton. Broadband coax-waveguide Trans--itions .Particle Accelerator Conference[J].

1995,34(1):55-56.

[3] R.E.Collin. Field Theory of Guided Wave[M] .New York: McGraw-Hill, 1961.

[4] Bolt CA, Electronic Industries[J],1960,1(2):92-93.

[5] 李嗣范.微波元件原理与设计[M]，人民邮电出版社，1982.

[6] 柯林. 微波工程基础[M], 人民邮电出版社，1981,1(2):206-211.

Design of a Ku-band coaxial cable -to-waveguide adapter

Huang Lei, Shi yifei

School of Electronics Engineering, University of Electronic Science and Technology of

China,Chengdu (610054)

Abstract

This paper Presents a design and testing result of a coaxial cable –waveguide adapter covered Ku band, using the high frequency simulation softwave HFSS to optimize the performance, and presents he simulation and testing results of coaxial cable–waveguide adapter. Through the comparison of simulation and realization results, analysis was presents on the parameters effects the transation performance. This transation covered the full Ku band, and has a wide band, low insert loss and low VSWR.

Keywords:Ku-band;rectangular waveguide;coaxial cable; impedance matching