一种波导功分器的研制


原标题:一种波导功分器的研制
研制波导功分器需综合考虑其类型、设计原理、性能指标及实际应用需求,以下为具体介绍:
类型选择
波导型功分器利用波导的特性来实现功率分配。波导是一种传输电磁波的管道,具有特定的截止频率和传输模式。通过合理设计波导的长度、宽度和形状,可以实现电磁波在各个输出端口之间的均匀分配。常见的波导功分器有H面T分支、E面T分支、魔T等。其中,魔T由于空间限制,对于某些有空间要求的电路并不适用;而H面T分支和E面T分支虽损耗小于普通平面传输线,具有功率容量大等特点,但它们是三端口器件,无法做到完全匹配,实现较高的端口隔离度较难。
设计要点
耦合器结构:可采用3dB多枝节耦合器形式实现,其结构简单,在一定频段范围内具有低插损、高隔离等优点。例如,在14GHz~16GHz频段范围内,采用该结构的功分器性能良好。
匹配元件:在波导内加上额外的匹配元件来抵消波导不连续性所带来的影响,从而实现匹配。
仿真优化:利用仿真软件(如HFSS)对功分器进行建模仿真,通过改变相关尺寸(如孔的尺寸以及孔与孔之间的孔距)来改变耦合器的各项性能,并进行优化。为提高仿真优化的效率,可将模型简化,如将多个孔的尺寸设为一致,各孔间的孔距也设为一致。
性能指标考量
分配精度:指功分器将输入信号的功率分配到各个输出端口的准确性,分配精度越高,功分器的性能越好。
插入损耗:指功分器在传输电磁波时产生的损耗,插入损耗越小,功分器的性能越好。
隔离度:端口隔离度越高,相互影响越小。例如,Wilkinson功分器通常隔离度较高(20~30dB),而电阻功分器隔离度较低。
回波损耗:公共端口回波损耗是衡量功分器性能的重要指标之一,回波损耗越小,说明功分器的输入匹配越好。
加工与测试
加工:根据仿真优化后的尺寸对模型进行加工,为增加加工精度,可采用特定方式进行加工。例如,以波导宽边的中心点为剖面,将耦合器分为两个部分进行加工;为减少插损并综合成本考虑,可将加工材料的表面镀银。
测试:对加工好的功分器进行指标测试,并将测试结果与仿真结果进行对比。例如,测试功分器的输入回波损耗、输出端口隔离度、插损等指标,分析造成测试结果与仿真结果存在差距的原因,如加工误差、腔体的光洁度不够、仿真软件的原因或参数设置问题等。
优化改进
针对测试中发现的问题,对功分器进行优化改进。例如,在后续的设计中,考虑在开孔处加入调谐螺钉,加强性能的可调性。
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