基于波导的基于波导的Ku频段八路宽带功分器设计频段八路宽带功分器设计
本文研制了一种可覆盖整个Ku频段(12-18GHz)的8路宽带功率合成网络,其在整个Ku频段输入口回波损耗小
于-10dB,合成效率大于83%,对多路功率合成网络的设计具有一定的参考价值。
1 引言
微波通信系统的发展对发射机输出功率和带宽的要求越来越高,微波单片集成电路(MMIC)的输出功率有限,电真空器件虽
然能够提供大的输出功率,但有体积大、供电电压高、稳定性差、寿命不长等缺点,为了获得更大功率输出,往往需要采用功
率合成技术。
矩形金属波导相对微带结构具有功率容量高和低损耗的特性,将其用于功率分配/合成网络能够有效地提高功率合成效率;常
用的波导功分/合成结构有T分支、Y分支、波导定向耦合器、波导分支线耦合器及魔T等,其中波导T分支结构简单、尺寸小、
应用灵活,但传统的波导T分支匹配方式无法实现宽带,若想覆盖整个波导波段需采用一些特殊的匹配方式。
目前,大多数固态器件(MIC,MMIC)都基于平面电路应用,其中最广泛的为微带结构,采用波导—微带过渡可以有效地将平
面电路与波导系统相连。其中,波导—微带探针过渡具有结构紧凑、容差好等特点,特别是在采用多探针结构时,能够在实现
波导—微带转换的同时完成功分,具有合成效率高、体积小的优点。
基于以上考虑,本文提出了一种采用波导E-T分支宽带功分器与波导—微带四探针过渡相结合的功率合成方案,实测结果表
明,功率合成网络可覆盖整个Ku频段。
2 E-T分支波导功分器 2.1 理论分析
波导E面分支是在主波导宽边面上的分支,其轴线平行于主波导模的电场方向,是一种串联分支,结构如图2-1所示,E-T分支
具有如下特性:
当信号由端口1输入时,端口2和3都有输出且反相;
当信号由端口2输入时,端口1和3都有输出;
当信号由端口3输入时,端口1和2都有输出;
当信号由端口2和3同相输入时,端口1的对称面上可得到电场驻波波腹,端口1输出最小;当信号由端口2和3反相输入时,端
口1的对称面上可得电场波节,端口1输出最大。由于E-T支是由波导的宽边分支出来的,主波导宽边上的壁面电流与分支臂上
宽边壁面电流是连续的。因此,如果传输TE10波的主波导用双线代替,则分支臂就等效为一个串联双线,可用一电抗表示,
其简化等效电路图2-2所示:
图2-1 E-T分支
图2-2 E-T分支的简化等效电路
如果考虑到接头处高次模的影响,则等效电路如图2-3所示。