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基于脊波导到同轴变换的宽带功分器设计作者：何建平来源：《山东工业技术》2015年第16期摘要：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。
关键词：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、脊波导阻抗变换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。
基片集成波导功分器一、引言随着通信技术的不断发展，波导功分器作为一种重要的无源器件，被广泛应用于无线通信系统中。
而基片集成波导功分器作为一种新型的功分器，具有体积小、重量轻、损耗低等优点，成为了研究的热点之一。
二、基片集成波导功分器的概念基片集成波导功分器是指将功分器的分支线路和耦合结构等集成在同一块基片上，通过基片上的金属线路实现功分的器件。
相比于传统的波导功分器，基片集成波导功分器具有更小的体积和更低的损耗，能够满足现代通信系统对于高性能、小型化的要求。
三、基片集成波导功分器的制作工艺基片集成波导功分器的制作工艺主要包括基片制备、金属线路制作、光刻、腐蚀等步骤。
其中，基片制备是制作基片集成波导功分器的关键步骤，需要选择合适的基片材料，并通过化学气相沉积、物理气相沉积等方法在基片上生长出高质量的薄膜。
四、基片集成波导功分器的应用基片集成波导功分器广泛应用于无线通信系统中，如移动通信、卫星通信、雷达等领域。
在移动通信领域，基片集成波导功分器可以用于实现天线阵列的功分，提高通信系统的传输效率和可靠性；在卫星通信领域，基片集成波导功分器可以用于实现卫星天线的功分，提高卫星通信的覆盖范围和传输速率；在雷达领域，基片集成波导功分器可以用于实现雷达天线的功分，提高雷达系统的探测精度和距离分辨率。
五、基片集成波导功分器的发展趋势随着通信技术的不断发展，基片集成波导功分器的应用领域将会越来越广泛。
同时，基片集成波导功分器的制作工艺也将会不断改进，实现更高的制作精度和更低的损耗。
未来，基片集成波导功分器将会成为无线通信系统中不可或缺的重要器件。
六、结论基片集成波导功分器作为一种新型的功分器，具有体积小、重量轻、损耗低等优点，成为了研究的热点之一。
随着通信技术的不断发展，基片集成波导功分器的应用领域将会越来越广泛，同时制作工艺也将会不断改进，实现更高的制作精度和更低的损耗。
一种基于波导E-T结的新型功分器的设计方法寇阳【摘要】针对传统功分器的不足,提出了一种改进型波导E-T结功分器.通过三维电磁仿真软件CST对其进行了建模仿真,得到一个合理的设计方案,该结构具有高隔离度、低插入损耗、小体积、宽频带等优点.加工的实物经测试在12～ 17 GHz的频率范围内,该功分器的插入损耗＜0.12 dB,回波损耗＞18 dB,隔离度＞15 dB,具有良好的工程应用价值.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2015(028)008【总页数】3页(P18-20)【关键词】E-T结;功分器;高隔离度;CST;Ku频段【作者】寇阳【作者单位】中国电子科技集团公司第54研究所卫星通信与广播电视专业部,河北石家庄050081【正文语种】中文【中图分类】TN73在卫星通信系统中，EIRP 值是衡量系统性能的重要技术指标，而在天线增益确定后，该指标主要取决于发射机的输出功率［1］。
为了提高发射机的输出功率，工程中通常采用功率合成的方式实现微波大功率输出，这就对功分器提出了更高的要求［2］。
目前常用的功分器主要有:威尔金森功分器，波导E－T 结、波导H－T 结、3 dB分支波导定向耦合器及波导魔T 等［3 ～7］。
威尔金森功分器是一种微带功分器，插入损耗较大，不适合于大功率合成;波导E－T结和H－T 结功分器是最常用的波导功分器，具有体积小、频带宽、插入损耗低、易加工等优点，缺点是两输出端口之间隔离度仅有－6 dB;3 dB 分支波导定向耦合器的两个输出端口相位相差90°，两路输出之间具有良好的隔离度，但是其带宽较窄。
通过对以上各种功分器分析，本文在其基础上提出了一种新型功分器，在波导E－T 结功分器的基础上大幅提高了两个输出端口间的隔离度。
1 理论分析本文论述的功分器是在波导E－T 结功分器的基础上进行改进的，波导E－T 结功分器可以看成是一种无耗三端口网络，它是由一段波导及从波导宽边接出来的分支波导构成，其轴线平行于主波导的TE10模的电场方向，是一种串联分支［8］，其结构示意图如图1所示。
一种紧凑型高效率毫米波整流天线
岳震;胥鑫;李顺;林先其;於阳;刘勇
【期刊名称】《空间电子技术》
【年(卷),期】2024(21)3
【摘要】为了提高毫米波无线输能系统的接收端效率,设计了一款基于缝隙耦合馈电的紧凑型高效率毫米波整流天线,该整流天线通过划分子阵,每个子阵单独进行能量转换,采用直流合成的方式进行整合输出,具有尺寸小、剖面低、易共形等特点。
天线采用缝隙耦合馈电,馈线和辐射贴片分别在地板的两侧,有效的减少天线电路之间的影响,同时增大了天线的有效辐射面积。
后端整流电路采用单二极管并联整流拓扑,利用扇形枝节作为直通滤波器进行直流滤波。
该整流天线工作频率为35GHz,天线阵列增益为23.4dBi,实测在17dBm接收功率下具有最高58.65%的整流效率,可广泛应用于毫米波无线输能系统中。
【总页数】6页(P56-61)
【作者】岳震;胥鑫;李顺;林先其;於阳;刘勇
【作者单位】电子科技大学长三角研究院(湖州);电子科技大学电子科学与工程学院【正文语种】中文
【中图分类】V443;TN253
【相关文献】
1.微波无线功率传输中高效率双线极化整流天线设计
2.2.45 GHz紧凑型微带整流天线阵列
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4.高效率微波输电微带贴片接收整流天线的研究与设计
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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
2.一种新颖的Ku频段宽带波导功分器 [J], 党章;邹涌泉;张玉兴;邓力
3.一种紧凑型的宽频带单脊波导功分器 [J], 尤清春;陆云龙;尤阳;黄季甫
4.基于脊波导到同轴变换的宽带功分器设计 [J], 何建平
5.一种新颖的带状线功分器等效电路分析方法 [J], 于正永;唐万春
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一种紧凑型的宽频带单脊波导功分器尤清春;陆云龙;尤阳;黄季甫【摘要】A broadband, miniaturized single-ridge waveguide power divider structure was presented. The branch waveguide adopted standard single-ridge waveguide, which expanded the dominant mode bandwidth of transmission mode under the condition of maintaining high power capacity. At the T-junction, a capacitive metal flat plate was connected with the branch single-ridge waveguide to form a broadband reactive tuning element, which effectively realized the broadband matching of the T-junction under the expansion of the main mode bandwidth. In order to connect with standard devices, a single-ridge waveguide-standard rectangular waveguide conversion device was designed. The impedance bandwidth of the conversion device was consistent with the T-junction by multi-step matching. This structure was simulated and optimized by HFSS. The simulation result shows that the return loss is below –20 dB in the range of 25-40 GHz, the signal variation is better than 0.04 dB and the power divider obtains a 46.2% of effective bandwidth. Compared with the standard rectangular waveguide power divider, the actual internal dimension of the single-ridge waveguide power divider is reduced by 38%. The single-ridge waveguide power divider takes the advantages of low loss, miniaturization and wide bandwidth, which can be widely used in radar, antenna and power amplifier.%提出一种宽频带、小型化单脊波导功分器结构.分支波导采用标准单脊波导,在维持较高功率容量的条件下拓展了传输模的主模带宽.在T型结处设置一容性金属平板与分支单脊波导相接构成一个宽带电抗性调谐元件,在主模带宽拓展的情况下有效地实现了 T 型结的宽带匹配.为了能够与标准器件连接,设计了单脊波导-标准矩形波导转换器件,采用多级阶梯匹配的形式使转换器件的阻抗带宽与T型结保持一致.利用高频仿真软件HFSS进行仿真优化,结果显示该功分器在25~40 GHz频率范围内,回波损耗小于–20 dB,信号波动优于0.04 dB,相对带宽为46.2%,实际内部尺寸比标准波导功分器减少38%.该单脊波导功分器具有低损耗、小型化和宽频带的优点,可以广泛应用于雷达、天线以及功率放大器等微波设备.【期刊名称】《电子元件与材料》【年(卷),期】2018(037)002【总页数】5页(P50-54)【关键词】小型化;宽频带;脊波导;功分器;T型结;转换器【作者】尤清春;陆云龙;尤阳;黄季甫【作者单位】宁波大学信息科学与工程学院,浙江宁波 315211;宁波大学信息科学与工程学院,浙江宁波 315211;宁波大学信息科学与工程学院,浙江宁波315211;宁波大学信息科学与工程学院,浙江宁波 315211【正文语种】中文【中图分类】TN626功分器是一种重要的微波无源器件，广泛用于相控阵雷达、天线馈线系统以及功率放大器等微波设备。
功分器主要用来对功率进行分配和合成，也可用作功率调配器和双工器的输入端。
传统的波导功分器以其低损耗、高功率容量和较宽的传输带宽等优良特性备受青睐，但它有着体积过大、加工成本较高、不便于集成等缺点，现阶段也朝着小型化方面发展。
T型波导功分器是传统波导功分器中最常见的一种类型，目前关于T型结已有很多文献通过解析法和数值法获得了它的近似解[1-2]。
在矩形波导T形结的对称面上常采用楔形和矩形波导窄边的梯度过渡来减少不连续性[3]，但是由于矩形波导主模带宽和单一匹配形式的限制，阻抗带宽无法拓展。
文献[4]中的四路H面波导功分器通过增加调谐金属柱并改变侧壁的结构获得等幅同相的信号传输，在27~30 GHz频段范围内实现了10%的相对带宽。
脊波导由矩形波导宽边弯折而成，相比波导结构可以缩小尺寸，单模工作频带可达数个倍频程。
文献[5]中的一分六脊波导功分器在输入口引入阶梯，并在分支波导加入感性金属膜片，波导尺寸减小了46%。
在8~12 GHz频段内回波损耗小于–25 dB，相对带宽为40%。
由于脊高高于波导高度的一半，功分器的功率容量明显减少[6]。
为了实现脊波导与标准矩形波导之间的转换，需要为测量设备或其他设备设计接口。
文献[7]中的单脊波导到矩形波导的转换接口将金属脊向矩形波导腔延伸并改变脊阶梯的高度，在12~15.5 GHz频段范围内S11小于–15 dB，相对带宽为25%。
本文设计了一个Ka频段的宽频带、小型化单脊波导功分器。
该单脊波导功分器以T型结为基本结构，利用单脊波导减小功分器的尺寸并展宽了工作带宽。
为了减少T型结的不连续性，在T型结处设计了容性金属平板，实现了单脊波导与T型结良好的阻抗变换，增加了频带宽度，减少损耗，并提高了功率容量。
为了便于与标准器件连接，在单脊波导与矩形波导转换处，通过多级阶梯匹配，使单脊波导-标准矩形波导转换器具有良好的宽带传输特性。
该单脊波导功分器如图1所示，该功分器结构包括两部分：第一部分为单脊H面T型结；第二部分为单脊波导-标准矩形波导转换器。
从端口1输入信号，端口2和端口3获得幅度相同、相位一致的输出信号。
设计的单脊H面T型结如图2所示，一个单脊波导宽边为a，高为b，金属脊宽为s，高为t，其截止频率（fc）可以通过传输线理论的等效电路法求得[8]。
结构设计中选取标准单脊波导的设计比例（b/a = 1/2，t/b = 1/2）来计算TE10的fc。
与同尺寸的矩形波导相比，脊波导的fc更小。
单脊波导主模的截止波长较长，对于相同的工作波长，波导尺寸可以缩小。
TE10模和其他高次模截止波长相隔较远，因此单模工作频带较宽[9]。
通过计算可以得到当a = 4.4 mm，b = 2.2 mm，t = 1.1 mm，s = 1 mm时，单脊波导的fc为25 GHz。
与相同工作频率的标准矩形波导相比，单脊波导的尺寸减少了38%。
将单脊波导应用于T型结的设计中，为了在宽频带范围内实现良好的阻抗匹配特性，在T型结的交汇处设置有一个容性金属平板，三个金属脊阶梯分别连接于金属平板。
根据阶梯阻抗匹配原理，波导内的感性金属脊延伸到容性的金属平板内构成的阻抗匹配网络，其阻抗匹配特性主要受输入端口1金属脊的起始位置（Rc）和金属平板的高度（Ph）两个参数影响，其中Ph = 1/2 t。
通过调整金属平板的长度（Pl）、宽度(Pw)以及输出端口2金属脊的起始位置（Rl）、输入出端口3金属脊的起始位置（Rr），可以现实最大的阻抗匹配带宽。
为实现端口2和端口3等幅同相的功率分配，金属平板和金属脊均采用对称结构，则Rl = Rr。
表1为该T型结经过优化后的结构参数和关键设计尺寸。
参数Rc和Ph仿真结果如图3所示，当Rc= 0.6 mm和Ph = 0.5 mm时，单脊H面T型结可实现宽频带和低损耗的特性。
图中可以看出，在25~45 GHz工作频段内，回波损耗优于–20 dB。
设计的单脊波导-标准矩形波导转换器如图4所示，这里将单脊波导口设置为输入端口1，单脊波导的右侧壁设置有WR-28标准矩形波导输出端口2，波导宽度为c = 7.112 mm，高度为d = 3.556 mm。
根据阶梯阻抗匹配原理，为了实现宽带的阻抗匹配，在单脊波导与矩形波导相接处设置一个容性的脊阶梯过渡。
脊阶梯的高度（Rh）低于单脊波导金属脊的高度，脊阶梯的长度（Rl）为1/2 c。
在单脊波导转换矩形波导的E面弯角处设置有一个阶梯，E面阶梯的高度（Ch）为1/2 b，E面阶梯的宽度（Cl）为1/4 d。
在矩形波导H面弯角处设置有与矩形波导等高的阶梯，H面阶梯的长度（Hl）和宽度（Hh）均为脊波导的宽边尺寸的一半。
多级阶梯匹配有效地降低了因结构不连续性带来的回波损耗，使该结构具有良好的宽带传输特性。
表2为该单脊波导-标准矩形波导转换器经过优化后的结构参数和关键设计尺寸。
该转换器的阻抗匹配特性主要受Ch和Rh两个参数影响，仿真结果如图5所示，当Ch = 1.16 mm和Rh = 0.8 mm时，转换器可实现宽频带和低损耗的特性。
图中可以看出，在25~42 GHz工作频段内，回波损耗优于– 20 dB。
基于上述分析的单脊H面T型结和单脊波导-标准矩形波导转换器，设计了一个宽频带单脊T型波导功率分配器，利用HFSS软件建模并进行仿真，优化后的单脊T 型波导功率分配器的参数如表3所示。
仿真结果如图6所示，在25~40 GHz工作频段内，回波损耗优于–20 dB，幅度波动小于0.04 dB。
相位特性如图7所示，各输出端口的相位相差± 0.1°，具有良好的幅度和相位一致性。
本文设计并讨论了一种新型宽带单脊T型波导功率分配器，并用HFSS软件进行建模仿真。
从仿真结果可以看出，该单脊T型波导功率分配器的尺寸减少了38%，相对带宽超过46.2%，实现了较好的幅度及相位一致性。
