同轴波导转换器的分析与设计
第三章规则波导
(2)功率容量大
(3)无辐射损耗
金属波导管结构图
(4)结构简单、容易加工制作:矩形，圆形，加脊、椭圆等等
金属波导的处理方法和特点：
(1)maxwell方程+边界条件，属于本征值问题 (2)认为管内填充的介质为理想介质 (3)由于管壁为金属，导电率高，认为是理想的导体
(4)边界条件：认为波导管壁处的切向电场分量和法向磁场分量为0
jk y k
2 c
( A1 cos k x x A2 sin k x x)( B1 sin k y y B2 cos k y y ) ( A1 cos k x x A2 sin k x x)(B2 ) 0 B2 0, B1 0
E ox ( x,0)
jk y kc2
设备(测速、测向仪器)
1.矩形波导的导模
为了分析矩形波导，将前面介绍的广义柱坐标 转换为直角坐标,拉梅系数为1，略取时间因子
E ( x , y , z ) Et ( x , y , z ) z E z ( x , y , z ) Eot ( x, y )e
j z
ejwt,沿Z方向传播的导波场可以写为（见1.417,横向电场和纵向电场均满足helmholtz方程， 因此可以表示成横向坐标和纵向相位的形式）：
jk x E oy ( x, y) ( A1 sin k x x A2 cosk x x)( B1 cosk y y B2 sin k y y) 2 kc
由边界条件：
Hale Waihona Puke E0x(x, 0)=E0x(x, b)=0 TE Eoy(0, y)=Eoy(a, y)=0 Ez=0
E ox ( x, y )
具有同轴结构的高功率微波弯曲波导设计
式 中－ ｐ和 分别 表 示半 径和 角度 。式 （ ） 明 了弯 曲 同轴 波 导正 交 曲线 １表
坐标 系 中微 分线 元 和坐标 微分 之 间 的变 换关 系［ 。在 如 图 １所示 的弯 曲 ４ ］
同轴波 导 中 ， 同轴 Ｔ Ｍ 波赫 兹 函数 表 达 式 为 （ Ｅ “和 ｂ表 示 弯 曲 同轴 波 导 的外半 径 和 内半 径 ）
３ ７ Ｈｚ ＴＥ ． ５Ｇ 处 模 单 模 传 输 效 率 超 过 了 ９ ． ， 模 传 输 效 率 超 过 ９ 的 工作 带 宽 分别 为 ０ ６ ～ Ｏ ８ ，．０ ９５ 单 Ｏ ． Ｏ ．３ １１
－
２４ ． ２和 ３ １ ～ ４ １ ． ０ ． ６ＧＨｚ 。该 结 构 的 功 率 容 量 在 各 频 段 均 达 到 了 Ｇｗ 量 级 。 关 键 词 ： 高功 率 微 波 ； 弯 曲 同轴 波 导 ； 模 式 耦 合 理 论 ； 传 输 线 ； 多 同轴 结 构
第 ２ ３卷第 １ １期
２１ ０ １年 １ １月
强 激 光 与 粒 子 束
Ｈ Ｈ ＰＯＷ ＥＲ ＩＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ Ｉ Ｇ ＣＬＥ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
Ｖｏ ＿ ３ ｌ ２ ，ＮＯ １ ．１
Ｎｏ ｖ．，２ １ ０１
文 章 编 号 ： １ ０ —３２ ２ １ ）１３ ２—４ ０ １４ ２ （ ０ １ １－ １７０
化 ， 实际应 用 中具 有重 要 的价值 。由于高 功率 微波 源产 生 的微 波 信号 需 要经 过 一定 的馈线 系 统才 能 传输 到 在
馈 源 喇叭 ， 实现 辐射 ， 在传 输过 程 中往往 需 要一 段或 数段 弯 曲波导 。由模 式耦 合理 论可 知 ］ 当波导轴 线 弯 曲 ， 时 ， 内部传 输 的微 波模 式会 部分 或全 部转 换成 其它 模式 ， 而影 响到馈 线结 构 的设计 。虽然 现有 的弯 曲圆波 其 从 导 或 弯 曲矩 形 波导 可有 效实 现单模 传输 ＿ ］但 这些 器 件多 工 作 于单 频段 ， ７ ， 因此 需要 对 满 足一 定 功率 容 量 要求 的多 波段 弯 曲传输线 进 行理论 研 究 和实 验 验证 。本 文基 于模 式 耦合 理论 ， 理 论 推 导 出弯 曲 同轴 波导 Ｔ Ｍ 在 Ｅ 模 和 高 阶模 之 间耦合 系 数显 式表 达 的基础 上 ， 道 了可传 输 同轴 ＴＥ 报 模 的弯 曲同轴波 导 的设 计方 法 和计 算结 果， 并进 行 了具 有多 同轴 结构 弯 曲波导 的实 例设 计 。
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。
基片集成波导与微带线的转换设计
基片集成波导与微带线的转换设计随着通信技术的发展，无线通信系统越来越广泛地应用于日常生活和工业生产中。
在无线通信系统中，波导和微带线是常见的传输介质。
波导是一种用于传输电磁波的管道，其优点是低损耗、高传输效率和较大的带宽，但是波导的制作成本较高，体积较大，无法直接集成于集成电路中。
而微带线是一种用于传输微波信号的导行线，在集成电路中易于制作和集成，但是其损耗较大，带宽较小，因此在实际应用中需要将波导与微带线进行转换。
波导与微带线的转换设计是无线通信系统中的重要环节，其设计需要考虑到传输效率、损耗、带宽和制作成本等多方面因素。
本文将重点介绍基片集成波导与微带线的转换设计。
基片集成波导与微带线的转换设计是指将波导和微带线集成在同一电路板上，并设计出高效的波导与微带线之间的转换结构。
基片集成波导与微带线的转换设计既可以利用波导的优点，又可以利用微带线的优点，从而在无线通信系统中取得更好的性能。
基片集成波导与微带线的转换设计主要包括以下几个方面：波导与微带线之间的传输结构设计、波导与微带线之间的阻抗匹配设计、波导与微带线之间的传输效率和损耗分析、基片集成工艺等。
首先，波导与微带线之间的传输结构设计是基片集成波导与微带线的转换设计的重要部分。
传输结构的设计需要考虑到波导与微带线的特性，并设计出合适的结构来实现波导与微带线之间的信号传输。
目前常用的波导与微带线之间的传输结构有耦合槽、耦合窗、天线和耦合结构等，这些结构的设计需要考虑到波导与微带线的工作频率、阻抗匹配和传输效率等因素。
其次，波导与微带线之间的阻抗匹配设计是基片集成波导与微带线的转换设计的关键环节。
阻抗匹配设计需要将波导与微带线的阻抗进行匹配，从而实现波导与微带线之间的高效能量传输。
阻抗匹配设计需要考虑到波导与微带线的特性、工作频率、波导结构和微带线结构等因素。
第三，波导与微带线之间的传输效率和损耗分析是基片集成波导与微带线的转换设计的重要内容。
波导开关结构与工艺分析
设计要 求 ２ １１止 挡块 的影响 ．．
假 设传 动机 构如 图 ３所 示 。止挡块 位于 电机转 臂 的左右侧 ，限定 电机转 角 为 ９ ￣ ０ 。保 证转臂 停止在 ０＝± ５位 置 。其影 响 因素 有挡块 的直 径误差 、转 臂 的直径误 差 、两挡块 中 ４ｏ
心距离 误差及 对连线 Ｏ ０ 的对称度误 差 。它们使转 臂在 ０＝± ５ 位 置处 产生 转角误 差 △ 。 ４ｏ Ｏ
展 开为泰勒 级数 ：
却 ：
ｄ Ｏ一— —
一
ｄ０ ． ２ ＋． …
３ ｘ ２ ｃｓ —２ ／ ｏ０
２ ３ ％ ２ ｃｓ ） １（ —２ ／ ｏ０
将 ０ ５代 入得 ：却 ：一 ：４ 。
＋……
用 Ａ０ 代替 ｄ ， ＡＯ代替 ，则 ： Ｏ
Ｏ八一 科技
波导 开关 结构 与工 艺分 析
导 １相对 于几 何 中心转 过 的角度 是 。其差 Ｏ 一 即为 偏心 所引 起 的误 差 Ａ ，为 ： ： ３ ｔ ０ １
Ａ ＝ 一 ｇｅ ｓ ０ ｉ ［ ｎ
ｒ
它 为按 正弦规 律变 化 的角度 ａ的周 期 函数 。 我们 考 察 的是 转 子在 两极 限位 置 的情 况 ，即转 子 转过 ９ ￣ 的 Ａ 。将 ａ＝９ ｏ ０后 ０ 代入 上 Fra bibliotek图 ３
从本 传动机 构 ｏ Ｉ Ｎ ／ ：ｔ ， ０ｎ ￣ ｔ ｇ ＝ － ｌ － Ｉ ｌ ｑ
＝
（．） １ １
、 Ｒ 得 ｔ ＝— ／
一 、 ２ 一ｃｓ ／ ｏ０
＝ ｄ Ｏ＋
＿ 『一
所以 ＝ ｒ ｈ 逊 一 ａ ｔ— ｃ
ｘ ２ 一ｃｓ ／ ｏ０
＋……
同类型波导垂直转换
同类型波导的垂直转换 实验报告
一． 当未加入铝制调谐块时 1. 模型建立 波导尺寸：截面的长和宽分别为：7.12和3.56 设置材料：vacuum
2．输入信号频率设置： 中心频率：35GHz 迭代次数：20次 扫描范围是33GHz到37GHz，步进为0.2GHz 3．仿真结果：
33.0033.5034.0034.5035.0035.5036.0036.5037.00Freq [GHz]
4.00
5.006.007.008.009.0010.0011.0012.00VSWR(WavePort2)Ansoft CorporationHFSSDesign1XY Plot 1
Curve InfoVSWR(WavePort2)Setup1 : Sweep1
4．结果分析： 由本图可以看出，在我们所选择的频率范围内，驻波比是在4.00到12.00之间的，但是题目要求的驻波比为小于1.1，所以我们需要在波导内加入调谐块来满足题目的要求。接下来的任务就是来选择调谐块的大小。 可以由对称性知两个端口的驻波比是一样的。 二． 加入调谐块以实现要求的驻波比 1． 构建模型： 在原模型的基础上加上调谐块，初始设置调谐块的大小为：4.8*2.4*2.4 位置是在波导的折角处，位置坐标为：（-2.4，13.56，-1.78）
2． 设置输入： 中心频率：35GHz 迭代次数：20次 扫描范围是34GHz到36GHz，步进为0.2GHz，精确度：0.02GHz 3． 结果图： 驻波比：
33.0033.5034.0034.5035.0035.5036.0036.5037.00Freq [GHz]
3.00
4.005.006.007.008.009.00VSWR(WavePort2)Ansoft CorporationHFSSDesign1XY Plot 1
Curve InfoVSWR(WavePort2)Setup1 : Sweep1
Ka频段波导—同轴探针—微带过渡的研究
Ka 频段波导—同轴探针—微带过渡的研究刁睿，徐锐敏，谢小强电子科技大学电子工程学院，四川成都 (610054)E-mail ：screamtodie@摘 要：本文介绍了一种设计波导—同轴探针—微带过渡结构的方法。
设计采用HFSS 分析并进行优化，在26.5-39GHz 范围内，插入损耗小于0.11dB ，输入端回波损耗小于-19.5dB ，最小可达-24dB 。
关键词：毫米波，同轴探针，过渡中图分类号：TN631. 引 言在毫米波频段，为便于测试、天馈以及独立微带电路之间的连接，常常需要将微带电路输入、输出端口通过转换结构过渡到矩形波导。
在需要将信号作一段距离的传输时，也必须将电路从微带转换至波导，以降低传输损耗。
因而采用微带的毫米波集成电路往往都必须具有宽带特性的波导-微带过渡的接口。
探针结构是工作于TEM 模的同轴线和工作于10TE 模的矩形波导间的一种常用的过渡结构[1]。
在实际应用中，过渡器的一个不可忽视的附加因素是气密要求。
很多微带电路，特别是军用微带电路，为保证能在各种恶劣环境条件下性能的稳定性，对系统的气密性提出了更高的要求。
而通常所采用的E 面探针型波导—微带过渡结构在波导上的开口较大，不仅使系统的气密性受到一定的影响，对矩形波导内的场分布也将产生较大的扰动。
综合运用相关理论知识并考虑到波导—微带过渡结构的具体要求，采用波导—同轴探针—微带过渡结构将能够获得较好的效果。
为此本文对波导—同轴探针—微带过渡结构的设计方法进行了介绍。
2. 理论分析探针在波导中相当于一个小天线，若同轴线接波源，探针便是发射小天线，它向波导所限定的辐射电磁波. 一般地说，只要电磁波的电场或与波导某模式的电场或磁场分量一致，该模便会被激励。
本文讨论单探针激励矩形波导[2]，如图1所示。
采用R.F.Harrington 的等效电路法来进行研究。
在矩形波导内,由同轴波导驱动一根很细的探针,如图所示,细探针被放置在ｚ=0的波导模截面上。
光纤同轴接口电路设计
光纤同轴接口电路设计
首先，为了保证信号传输的稳定性，我们需要选择高质量的光纤和同
轴电缆。
光纤可以采用单模光纤或者多模光纤，根据具体要求进行选择。
同轴电缆则需要具备良好的屏蔽性能和传输性能，以防止干扰和信号衰减。
接下来，我们需要设计光纤与同轴电缆之间的信号转换电路。
这通常
包括光电转换和电光转换两个环节。
光电转换器将光信号转换为电信号，
常见的光电转换器有光电二极管和光电倍增管等。
电光转换器则将电信号
转换为光信号，常见的电光转换器有激光器和LED等。
在选择转换器时，
需要考虑转换效率、带宽和功耗等因素，确保信号转换的准确性和效率。
另外，光纤同轴接口电路还需要考虑信号的放大和滤波。
放大器可以
增加信号的强度，确保信号能够成功传输到接收端。
常见的放大器包括光
纤放大器和功率放大器等。
滤波器可以去除信号中的杂散干扰和噪声，保
证信号的纯净性。
常见的滤波器有低通滤波器和带通滤波器等。
最后，为了提高信号传输的可靠性和稳定性，还可以考虑采用差分信
号传输。
差分信号传输通过同时传输正负两个信号，可以抵消信号干扰和
噪声，提高信号传输的稳定性。
差分信号传输还可以采用差分放大器和差
分编码器等来实现。
总之，光纤同轴接口电路设计需要考虑信号稳定性、带宽、信号干扰
等因素，并选择合适的光纤、同轴电缆、转换器、放大器、滤波器和差分
传输等元件和技术，以实现高效、稳定和可靠的信号传输。
过模同轴转弯波导的设计
部分 产生 变 化 。 因此 ， 当 同轴 波 导 满 足单 模 传 输 条 件 时 ，
转弯 后其 模式 纯度 仍 可 保 证 ； 但 对 于 过模 同 轴 波 导 而 言 ，
若不 对弯 曲处 的模 式加 以限制 ， 输 出 同轴 波导 中就 必 然会
存在 高 阶模式 。为 了抑 制 高 阶模 式 的产 生 ， 提 高 基模 传 输
第 ２ ６ 卷 第 １期
２ ０ １ ４年 １月
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ ＣＬＥ ＢＥＡＭ Ｓ
Ｖｏ１ ． ２ ６，ＮＯ ．１
Ｊ ａ ｎ ． ，２ ０ １ ４
过模 同轴 转 弯 波导 的设 计
张健穹， 刘庆想， 李相强， 王邦继
效率 ， 本 文基 于 模 式 变 换 方 式来 实 现 过模 同 轴 波 导 Ｔ Ｅ Ｍ
Ｆｉ ｇ ． １ Ｓ ｃ ｈｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｏ ｆ ｏ ｖ ｅ ｒ ｍｏ ｄ ｅ ｄ ｂ ｅ ｎｄ ｃ ｏ ａ ｘ ｉ ａ ｌ ｗａ ｖ ｅ ｇｕ ｉ ｄ ｅ
出 的一 种 高功率 同轴 转弯 波导 ， 可实 现无 介质 支撑 且转 弯 半径 较小 ， 但 该 转 弯波 导 只能 工 作 于单 模 条 件 下 ， 且
内部结 构较 复杂 ， 限制 了其 功 率容量 ； 另外 ， 采 用 该 同轴 转 弯 波 导 的转 换 方 式 只 能实 现 ９ ０ 。 的转 弯 。基 于 上 述 背景 ， 本文 研究 了一 种新 型 的过模 同轴转 弯波 导 ， 整个 转 弯波 导 内部 无介 质 支撑 ， 且 转 弯 半 径小 ， 结构简单 ， 转 弯角 度灵 活 ， 适 用于 高功 率微 波馈线 系 统 中的过模 同轴 波导 基模 的转 弯传 输 。
第三章规则波导
(
H z y
Ez x
)
H z
矩阵形式：
Ex
H
y
Hx Ey
j kc2
0 0
0 0
0 0
0 0
y E z
x
H z
x E z
y
其中：kc2 k 2 2
k 2
若有介质损耗，介电常数为复数： 0 r (1 jtg ), 其中tg为介质材料的损耗正切
EZ
(
x,
y,
z)
Emn
sin(
mx a
)
sin(
ny b
)e
jz
其中：Emn A2B2
纵向电场的一般解为不同模式的场的叠加，因此为：
EZ
( x,
y,
z)
m1
n1
Emn
sin(
mx )
a
sin( ny
b
)e
jz
将上面得到的电场纵向通解，代入纵向-横向场关系式(3.1-2)得到TM模的各个 场分量：
特点：
(1)金属波导只有一个导体，故不能传输 TEM波，只有TE和TM两种模式
(2)存在多种模式，并存在严重的色散现象
(3)只有当工作波长小于截止波长或工作频率高于截止频 率的模才能在波导中传播。
3.1矩形波导
即横截面为矩形(a>b),内部填充空气或 介质(介质波导) 广泛应用：高功率、毫米波、精密测试 设备(测速、测向仪器)
(2)功率容量大 (3)无辐射损耗
金属波导管结构图
(4)结构简单、容易加工制作:矩形，圆形，加脊、椭圆等等
金属波导的处理方法和特点：
(1)maxwell方程+边界条件，属于本征值问题 (2)认为管内填充的介质为理想介质 (3)由于管壁为金属，导电率高，认为是理想的导体 (4)边界条件：认为波导管壁处的切向电场分量和法向磁场分量为0
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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。
其设计的基本要求是：低驻波、低插入损耗。
同轴波导转换器的相对带宽比较小，驻波小于1.1时最多可以达到10%的带宽[1]；在同轴腔体内设置周期性光带隙（PBG）的内导体介质支撑垫、矩形波导内设置阶梯阻抗变换，这种设计方法在25-40GHz的带宽内驻波小于1.25，但相对带宽只有46%[2]；利用波导阶梯变换，在714-2500MHz的带宽内驻波小于1.74，但是驻波小于1.22的带宽范围只有其中的850-1150MHz[3]。
但是以上两种设计在超过倍频程的带宽时产生的高次模会比较大，影响传输性能。
本文所设计的8-18GHz的超宽带同轴波导转换器，工作频带超过倍频程，相对带宽达到72%，设计要求频带内驻波小于1.22（即回波反射小于-20dB），而且要求频带内高次模非常小。
同轴电缆采用常用的外半径为2mm，内半径为0.6mm，介电常数为2.08的标准50Ω同轴电缆。
1理论分析矩形波导中插入了探针，并在宽壁上开孔，这在波导同轴转换处引入了电抗，造成波的反射，使*收稿日期：62008-04-0微波学报2008年10月126得波导与同轴线的阻抗失配加剧。
本文采用同轴—脊波导—矩形波导的转换。
假定脊形波导中传输的是TE n0波，利用等效横向传输线法，把截止时电磁波在二窄边之间来回反射，看作是电磁波在横向传输线产生振荡。
若脊形波导的长度远大于工作波长，则横向来回振荡的电磁波就可认为是TEM 波。
从振荡条件导出的谐振波长，就是脊形波导的截止波长λc 。
以此理论来分析双脊波导，可以把它看作横向谐振线。
由于谐振时传输线任何参考面总的电纳应该为零，以不连续处T 作为参考面，研究其谐振条件。
此处的总电纳由三部分构成：第一，等效导纳为Y 0，长度为(a -a ′)/2的终端短路传输线的输入电纳；第二，T 参考面左面的复合传输线输入电纳；第三，参考面T 处由于不连续性产生的电纳。
在计算第二部分的电纳时，作如下简化：从TE n0波的电场分布来看，对奇模（n=奇数），波导宽边的中点是电波腹，即等效电压的波腹，从中点向左看，相当于开路，因此，参考面T 左面的复合传输线输入电纳就是等效导纳为Y ′0长度为a ′/2的终端开路传输线的输入导纳；对偶模（n=偶数），波导宽边中点是电场和等效电压的波节，因此参考面T 左面复合传输线的输入电纳是等效阻抗为Y ′0长度为a ′/2的终端短路传输线的输入导纳。
图2给出了TE 10、TE 20和TE 30波在波导截面上的电场分布以及相应的等效电路，其横向谐振条件如下：奇模：000tg ctg()0c cY B a a a Y Y ππλλ′′′+=偶模：00ctg ctg()0c cY B a a a Y Y ππλλ′′′+=其中，Y ′0/Y 0=b/b ′，B/Y 0是突变面T 处的归一化电纳，它可由脊形波导横截面尺寸决定。
可以利用MA TLAB 来求解上述超越方程，表1给出了TE 10在b/a=0.5的双脊波导中的截止波长。
表中λc /a 值作为a ′/a 值的函数列出，而b ′/b 作为参数。
表1TE 10在b/a=0.5的双脊波导中的截止波长b ′/b=0.1b ′/b=0.15b ′/b=0.2b ′/b=0.25a ′/a λc /a a ′/a λc /a a ′/a λc /a a ′/a λc /a 0.05 3.6520.10 3.6230.10 3.2860.10 3.0600.10 4.1110.20 4.0850.20 3.6460.20 3.3490.15 4.5000.25 4.2480.30 3.8690.25 3.4530.20 4.7630.30 4.3701/3 3.9170.30 3.5290.30 5.1640.40 4.5090.40 3.9761/3 3.5670.40 5.3680.50 4.5180.50 3.9770.40 3.6140.50 5.3970.60 4.3960.60 3.8710.50 3.609从表1可以看出，对主模TE 10波，λc /a 值均大于2。
而同样尺寸矩形波导TE 10波的λc /a=2，因此脊形波导的截止波长一般比同样的矩形波导的大，即脊波导的单模工作带宽要大于同样的矩形波导。
而矩形波导的等效阻抗为21()e w cb b Z Z a a μελλ==TE 10a 2′a-a 2′0Y ′Y jBTE 30TE 20T a ′aTEa 2′a-a 2′图1双脊波导及其等效电路Ta a ′b ′Y 0Y ′0jB λcλcTb图2TE 10、TE 20、TE 30场分布及等效电路第24卷增刊魏振华等：8-18GHz 同轴—波导转换器的分析与设计127其中λc =2a 。
脊形波导的等效阻抗可写成类似的形式：01121()e cbZ a μελλ=a 1是脊形波导的等效宽边，λc =2a 1>2a 是脊形波导的截止波长。
这说明脊形波导（对TE 10波而言）的等效阻抗降低。
同时由于脊形波导的等效窄边也比对应的矩形波导的窄边小，这也使等效阻抗变小。
由以上分析可知脊波导与相同尺寸的矩形波导相比主要有以下优点：第一，主模TE 10波的截止波长较长，因此如果工作波长相同，波导尺寸可以缩小；第二，TE 10波和其他高次模截止波长相隔较远，因此单模工作频带较宽；第三，等效阻抗较低，因此易与低阻抗的同轴线及微带线匹配。
脊波导到矩形波导的转换，可以选择阶梯过渡、直线式过渡和指数式过渡[4]，其目的是减少回波反射，使驻波减小。
本文中为了加工方便，采用直线式过渡来完成脊波导到矩形波导的转换。
本文设计的带宽超过倍频程，为做到较好的阻抗匹配，在脊波导上加载阶梯变换来调节阻抗，使之与同轴线的匹配性能得到提高。
图3是矩形波导E 面阶梯结构及其等效电路。
矩形波导中传输的是TE 10模电磁场，在阶梯处要激励起高次模，这些高次模在波导中是截止的，离阶梯不远的地方就会很快地被衰减掉。
由于波导E 面阶梯产生的高次模是TM 场，这个模式的电场能量大于磁场能量，故此不连续性阶梯呈电容性[5]，可用一个集总电容元件表示。
该电容元件的容纳B 可引用波导宽边的电容膜片结果来计算。
因为在用准静态法求解时，波导阶梯左半边的电场分布与对称电容膜片一半的电场分布一样，而阶梯右半边的边缘场影响可以忽略，故波导阶梯的容纳是相对应的电容膜片的一半[6]，即2lncsc()2gB bb Y b πλ′=由分析得到了B/Y 0与b ′/b 之间的关系式，在设计时可以利用这个性质来调节脊波导的阻抗。
综合以上分析，我们可知采用同轴—脊波导—矩形波导的变换能很好地调节波导系统的阻抗，使之与同轴探针能更好地匹配，从而在设计要求的倍频程内驻波可以做得很低。
设计时采用对称结构，这在理论上可以降低高次模对传输性能的影响[7]。