E波段和F波段波導(dǎo)H面T型縫隙耦合器

1 引言

波導(dǎo)耦合器是微波毫米波電路系統(tǒng)的常用部件，用來從波導(dǎo)中取出一部分微波功率，以便對微波系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行取樣、檢測和控制。波導(dǎo)耦合器有定向型和非定向型兩種形式。定向型波導(dǎo)耦合器性能優(yōu)越，應(yīng)用廣泛，常見的有波導(dǎo)寬壁單孔或多孔定向耦合器、短縫定向耦合器和交叉十字縫定向耦合器等。但是，這種耦合器一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，在實(shí)際應(yīng)用中由于要安裝法蘭盤，往往需要加一段彎波導(dǎo)作為過渡，因此加工和裝配起來比較麻煩。而非定向型波導(dǎo)耦合器是一個(gè)三端口網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，使用方便。文獻(xiàn)對這種T型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)值分析并給出了相應(yīng)的等效電路模型。

毫米波段波導(dǎo)尺寸小，對加工精度要求高，耦合器結(jié)構(gòu)不宜過于復(fù)雜。考慮實(shí)際加工問題，本文對傳統(tǒng)的對稱形式的耦合槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，在H平面波導(dǎo)T型結(jié)的基礎(chǔ)上，采用非對稱方式開槽，設(shè)計(jì)并制作了E波段18dB和F波段13dB的耦合器，已成功應(yīng)用到相應(yīng)的毫米波系統(tǒng)中。

2 耦合器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1(a)是傳統(tǒng)H面波導(dǎo)T型縫隙耦合器的示意圖。主波導(dǎo)和耦合波導(dǎo)的尺寸均為a×b，波導(dǎo)壁厚度為T，縫隙位于耦合波導(dǎo)口中心，尺寸為L×W, 并假定縫隙為長槽，即L≥W。這種結(jié)構(gòu)為完全對稱結(jié)構(gòu)，實(shí)際加工時(shí)在波導(dǎo)公共壁中心開縫比較困難，本文采用了將耦合槽縫上移使之緊靠波導(dǎo)寬面的非對稱結(jié)構(gòu)，耦合器分為上下結(jié)構(gòu)模塊，耦合膜片與下腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成一體化的形式，如圖1(b)所示。波從主波導(dǎo)端口1輸入，通過H面T型結(jié)縫隙耦合出一部分，從副波導(dǎo)端口3輸出。應(yīng)用高頻電磁仿真軟件HFSS，分別建立了E波段和F波段相應(yīng)的模型，然后進(jìn)行了仿真分析和設(shè)計(jì)。考慮實(shí)際加工制作條件，首先優(yōu)選了公共壁厚度T，然后優(yōu)化耦合槽的長度和寬度，最終獲得一組滿意的參數(shù)。

(a)

(b)

圖1 H-T縫隙耦合器示意圖 (a) 傳統(tǒng)對稱H-T縫隙
耦合結(jié)構(gòu) (b) 非對稱H-T縫隙耦合結(jié)構(gòu)