基于脊波导到同轴变换的宽带功分器设计
8-18GHz同轴-波导转换器的分析与设计
第24卷增刊微波学报V ol.24Supplement 2008年10月JOURNAL OF MICROWA VES Oct.2008 8-18GHz同轴-波导转换器的分析与设计魏振华田立松冯旭东尹家贤胡粲彬（国防科学技术大学电子科学与工程学院一系，长沙410073）摘要：同轴—波导转换器是微波系统中非常重要的元器件。
基于脊波导和波导阶梯对导播系统中电磁波传播性能的影响，本文探讨了这两种结构应用在8-18GHz的宽带同轴—波导转换器设计中的情况。
通过同轴—脊波导—矩形波导转换，并在脊波导上加载阶梯，很好地改善了阻抗匹配效果，提高了同轴—波导转换器的传输性能。
仿真结果证明脊波导和波导阶梯在设计同轴—波导转换器中的有效性，在8-18GHz的倍频程带宽内驻波小于1.22，产生的高次模非常小。
关键词：同轴—波导转换，脊波导，波导阶梯阻抗变换Analysis and Design on8-18GHz Coaxial-Waveguide TransitionWEI Zhen-hua,TIAN Li-song,FENG Xu-dong,YIN Jia-xian,HU Can-bin(College of Electronic Science and Engineering,NUDT,Changsha410073,China)Abstract：Coaxial-waveguide transition plays an important role in microwave system.Based on the influence of ridge waveguide and waveguide ladder exerted on transmission performance of electromagnetic wave in guided wave system,this paper discussed the situations of these two structures applied in the8-18GHz broadband coaxial-waveguide converter designation.Through the conversion of coaxial-ridge waveguide-rectangular waveguide,and ladder loading of ridge waveguide,the effectiveness of impedance matching is well-improved,and the transmission performance of coaxial-waveguide converter is highly-advanced.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 than1.22in the8-18GHz octave bandwidth,and the high modulus produced is very small.Key words：Coaxial-waveguide transition,Ridge waveguide,Waveguide ladder impedance transformation引言同轴波导转换器在微波系统中应用非常广泛，是雷达设备、精确制导和微波测试电路中的重要无源连接器件。
同轴波导转换器的设计讲解
学校代码：10385分类号：学号：密级：学士学位论文同轴——波导转换器的设计Design of coaxial to waveguide transducer作者姓名：指导教师：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华侨大学学士学位论文摘要同轴—波导转换器是微波系统中非常重要的元器件。
基于脊波导和波导阶梯对导播系统中电磁波传播性能的影响，本文探讨了这两种结构应用在8-18GHz的宽带同轴—波导转换器设计中的情况。
通过同轴—脊波导—矩形波导转换，并在脊波导上加载阶梯，很好地改善了阻抗匹配效果，提高了同轴—波导转换器的传输性能。
阻抗变换是为了消除带内不良反射，以获得良好匹配的一种微波器件，广泛用于微波电路和天线馈电系统中。
其结构上大致分为阶梯式和渐变式。
前者能够比后者获得更好的带内波纹系数和更短的长度。
对阶梯阻抗变换器的设计，主要分为传统设计方法和优化设计方法。
本文的仿真结果证明脊波导和波导阶梯在设计同轴—波导转换器中的有效性，在8-18GHz的倍频程带宽内驻波小于1.25，产生的高次模非常小。
关键词：同轴—波导转换脊波导波导阶梯阻抗变换IAbstractCoaxial-waveguide transition plays an important role in microwave system.Based on the influence of ridge waveguide and waveguide ladder exerted on transmission performance of electromagnetic wave in guided wave system, this paper discussed the situations of these two structures applied in the 8-18GHz broadband coaxial-waveguide converter designation. Through the conversion of coaxial-ridge waveguide-rectangular waveguide, and ladder loading of ridge waveguide, the effectiveness of impedance matching is well improved,and the transmission of coaxial-waveguide converter is highly advanced. 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.Key words：Coaxial-waveguide transition Ridge waveguide Waveguide ladder impedance transformationII目录摘要 (I)Abstract ............................................................ I I 第1章绪论 (1)1.1 同轴—波导转换器的设计背景 (1)1.2 国内外研究动态 (2)1.3 论文的研究内容和创新 (3)1.3.1 论文的研究目地和意义 (3)1.3.2 论文的主要工作和创新 (3)第2章同轴—波导转换器理论分析 (4)2.1 同轴—波导转换器的介绍 (4)2.2 同轴—波导转换器的原理 (4)2.2.1 波导的设计原理 (4)2.2.2 脊型波导器件的设计原理与优势 (10)2.2.3 阶梯阻抗变换基本原理 (14)2.3 同轴—波导转换器的性能参数介绍 (17)2.3.1 输入驻波比 (17)2.3.2 频率范围 (17)2.3.3 插入损耗 (17)2.3.4 S参数 (17)2.3.5 电压驻波比 (18)第3章同轴—波导转换器的仿真设计 (19)3.1 HFSS 软件的介绍 (19)3.2 设计指标 (20)3.3 各类同轴—波导转换器的优化设计 (20)3.3.1 普通同轴－波导转换器 (20)3.3.2 宽带同轴－脊波导转换器 (24)3.3.3 优化后的同轴－脊波导转换器 (26)III华侨大学学士学位论文3.4各类同轴—波导转换器的性能比较 (28)第4章总结 (35)参考文献 (36)致谢 (38)附录 (39)I V第1章绪论第1章绪论1.1 同轴—波导转换器的设计背景在现代卫星通讯、干扰与抗干扰等高科技领域，高频率、宽频带电子系统的发展日新月异。
一种新型同轴-脊波导转换器的分析与设计
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：Ｔ ２ 文献标 识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ７ －７ ９ ２ １ ）１ １ ０ ５ ０ Ｎ ６ １ ５ ７（ ０ ０ Ｏ ０ ６ － １
０引育
同轴一 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 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
图２ 脊 波导 横截 面 的场 结构 图
标 准Ｎ 同轴 接 头的特 性 阻抗 是 ５ 型 ０ Ｑ，波 导 的特性 阻 抗大 于 １０ 同 ２ Ｑ 轴 一 导 的阻 抗 匹配 是 从 同轴 线 的特 性 阻 抗 ５ Ｑ到 波 导 的高 阻 抗之 间的 匹 波 ０
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 １４ 长 阶梯 阻 抗变 换法 。１４ 长 阶梯 阻抗 变 换法 是 由许 多 长度 相 等 、特 ／波 ／波
参考文献 ：
［］ ｅ ｍ ｕ Ｂ Ｃ ｈ Ｄ ｓ ｇ ｏ Ｓ ｍ ｌ Ｂ ｏ ｄ ｂ ｎ Ｗ ｖ — ｕ ｄ ｏ １Ｓ ｙ ｏ ｒ ． ｏ ｎ ｅ ｉ ｎ ｆ ｉｐ ｅ ｒ ａ — ａ ｄ ａ ｅ Ｇ ｉ ｅ ｔ—
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同轴波导转换器的分析与设计
第24卷增刊微波学报V ol.24Supplement 2008年10月JOURNAL OF MICROWA VES Oct.2008 8-18GHz同轴-波导转换器的分析与设计魏振华田立松冯旭东尹家贤胡粲彬（国防科学技术大学电子科学与工程学院一系，长沙410073）摘要：同轴—波导转换器是微波系统中非常重要的元器件。
基于脊波导和波导阶梯对导播系统中电磁波传播性能的影响，本文探讨了这两种结构应用在8-18GHz的宽带同轴—波导转换器设计中的情况。
通过同轴—脊波导—矩形波导转换，并在脊波导上加载阶梯，很好地改善了阻抗匹配效果，提高了同轴—波导转换器的传输性能。
仿真结果证明脊波导和波导阶梯在设计同轴—波导转换器中的有效性，在8-18GHz的倍频程带宽内驻波小于1.22，产生的高次模非常小。
关键词：同轴—波导转换，脊波导，波导阶梯阻抗变换Analysis and Design on8-18GHz Coaxial-Waveguide TransitionWEI Zhen-hua,TIAN Li-song,FENG Xu-dong,YIN Jia-xian,HU Can-bin(College of Electronic Science and Engineering,NUDT,Changsha410073,China)Abstract：Coaxial-waveguide transition plays an important role in microwave system.Based on the influence of ridge waveguide and waveguide ladder exerted on transmission performance of electromagnetic wave in guided wave system,this paper discussed the situations of these two structures applied in the8-18GHz broadband coaxial-waveguide converter designation.Through the conversion of coaxial-ridge waveguide-rectangular waveguide,and ladder loading of ridge waveguide,the effectiveness of impedance matching is well-improved,and the transmission performance of coaxial-waveguide converter is highly-advanced.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 than1.22in the8-18GHz octave bandwidth,and the high modulus produced is very small.Key words：Coaxial-waveguide transition,Ridge waveguide,Waveguide ladder impedance transformation引言同轴波导转换器在微波系统中应用非常广泛，是雷达设备、精确制导和微波测试电路中的重要无源连接器件。
一种新颖的脊波导功分器
一种新颖的脊波导功分器
张晓峰;王锡良;曹晋;罗旭荣
【期刊名称】《电子元件与材料》
【年(卷),期】2010(029)012
【摘要】针对通常波导传输的功率分配器中T形接头体积大的不足,基于脊波导和阶梯阻抗变换对导波系统中电磁波传播性能的影响,提出了一种新颖的脊波导H面T形分支结构,利用高频仿真软件HFSS进行仿真优化,结果显示该结构在全X波段内匹配.以此结构为基础,设计加工一个一分六的脊波导功分器,得到较好的实测结果.实际内部尺寸比普通波导功分器减小46%,回波损耗小于20 dB,单路信号波动在±0.35 dB内.这种脊波导H面T形分支结构简单,适合于实际的工程应用.
【总页数】3页(P25-27)
【作者】张晓峰;王锡良;曹晋;罗旭荣
【作者单位】电子科技大学,电子工程学院,四川,成都,610054;电子科技大学,电子工程学院,四川,成都,610054;电子科技大学,电子工程学院,四川,成都,610054;电子科技大学,电子工程学院,四川,成都,610054
【正文语种】中文
【中图分类】TN626
【相关文献】
1.一种新颖的超宽带微带功分器的CAD／CAE设计 [J], 赵海松;刘进
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一种双脊波导到同轴转换器的设计与实现
图４ 图５ 别 为该转 换器 的３ 模 型图和 剖面 图 ： 、 分 Ｄ
图２ Ｎ 头 （ 内导 体外 径 ；ｂ 导体 内径 ） 接 ａ 外
波 导一 同轴 转 化器 是 微波 设 备 、微 波测 量 、微 波 系统 和 工程 中必不 可 少 的器 件 。其转 换形 式 主要 有 以下几 种 方式 ： 小孔 耦合 、探 针 耦合 、鳍 线
一
双脊 波 导是脊 波 导中 的一种 ，其 具 有更 宽 的单模 工作 带 宽和 更低 的特
性 阻抗 。在 美 国电子 工业 协会 （ Ｉ ）制定 的波 导标准 中，ＷＤ ５ 为双脊 波 ＥＡ Ｒ６０ 导 的一种 型号标 准 ，工作 频段６ ５ １Ｇ ｚ ． ～ ８Ｈ ，其 波 导 内壁 尺寸 及Ｎ 头尺 寸分 接
导 入会 产 生很 大 的反 射 ，所 以在 同轴 线上 再 加入 阻抗 变 换 的过渡 段 ， 以减
脊波 导是矩 形 波 导的 一种变 形 ，与 普通矩 形 波导 相 比具有 更紧 凑 、工 作频 带宽 、等 效特性 阻抗 低等特 点 并且得 到 了越来 越 多的运 用 ［］ １，例如 宽 频 带传输 系 统及 宽频 带 测试 系统 （ 宽带 定 向耦合 器 、双 工器 、 宽带 脊波 导 滤 波 器 等 ） 、微 波 元 件 的宽 带 匹配 段 （ 带 一 导 过 渡 、 同 轴 一 导 过 微 波 波 渡 ）、微波 管 的输 出波 导 （ 相器 、变 频器 、脊波 导缝 隙天 线 阵）等 等 。 移
关键词 ： 双脊波导 ：同轴Ｎ 型接头 ；转换器 ；驻波 比：插损
中图分 类号：Ｔ ３ 文献标 识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ７ －７ ９ ２ １ ）０ １ ０ ９ ０ Ｎ ６ １ ５ ７（０ ０ ４ ０ ２ － ２
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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。