论文研究-Ku波段同轴波导转换器的设计 .pdf

Ku波段同轴波导转换器的设计与实现涉及到高频微波技术中的一项重要应用。同轴线和波导是传输微波射频能量的两种重要传输线，它们在实际应用中经常需要相互连接，这就需要同轴波导转换器来完成两种传输线之间的过渡。同轴波导转换器在雷达系统、精密制导系统以及测试设备中是必不可少的无源转换器件。 在设计同轴波导转换器时，需要考虑的关键技术包括阻抗匹配、结构设计和频带宽度等因素。阻抗匹配是确保能量高效传输的基础，转换器的带宽特性直接影响到其应用范围。由于同轴线和波导各自具有较宽的带宽，因此，转换器的带宽受限于转换器的设计和同轴波导特性阻抗的匹配情况。 为了实现这一设计，文中采用了高频仿真软件HFSS（High Frequency Structure Simulator）对波导同轴过渡结构进行设计、仿真和优化。HFSS是一种全波电磁场仿真软件，广泛应用于射频、微波和高频天线设计领域。通过软件仿真可以预估并优化设计参数，从而得到满意的过渡性能曲线。文中描述的仿真模型包括波导-同轴探针过渡结构，并使用了标准矩形波导和50Ω SMA型同轴接插件。 文章中同轴波导转换器的结构设计非常详细，涉及到了具体的尺寸和材料选择。例如，激励器深入波导内的长度、变换段的长度、以及激励器中心到第一个台阶的长度等参数。此外，使用了聚四氟乙烯作为介质支撑材料，这种材料具有良好的介电性能和机械稳定性，适合在高频应用中使用。 为了保证设计的转换器具有良好的过渡性能，文中提到了对阻抗变换段的长宽、激励器中心距离窄边的距离等参数进行优化，通过调整这些参数来实现阻抗的匹配和减少驻波。仿真结果显示，通过优化设计参数，可以得到低插损、宽频带和驻波小的同轴波导转换器。 通过实际的腔体测试来验证仿真结果是文中重要的一个环节。测试结果与仿真结果进行了对比分析，文中通过测试确认了设计的同轴波导转换器在12到18GHz的Ku波段内具有良好的过渡性能，VSWR（电压驻波比）在1.12到1.17之间，满足了Ku波段同轴波导过渡的要求。 文中的设计采用阶梯阻抗变换方式，波导段使用六节阻抗变换，同轴段使用两节阻抗变换。这种结构设计确保了良好的阻抗匹配和较低的插入损耗，同时，由于结构的对称性，能有效抑制高次模的激发。这种设计提供了一种工程上易于实现且非常有价值的同轴波导馈电参考。 综合来看，Ku波段同轴波导转换器的设计与实现对于射频微波领域的技术进步具有重要的推动作用。其研究不仅涉及到理论上的设计仿真，还包括了实际加工和测试验证，是对传统波导技术的一个重要补充。这种转换器的实用性和高效性将在未来众多的电子系统中发挥关键作用。通过深入研究和不断改进，同轴波导转换器在工程上的应用将会更加广泛，并在各种微波射频系统中展现出更好的性能。