一种基于波导H面的Ka波段宽带功率合成网络

最新更新时间:2014-12-22来源: 互联网关键字:波导H面  Ka波段  宽带功率 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

  1 引言

  毫米波矩形波导电桥在毫米波雷达和通信系统的功分器中扮演了相当重要的角色。在毫米波段,矩形波导耦合器可以弥补Wilkinson等微带型功分器损耗过大、隔离度太小的缺陷,是毫米波功分器中不可缺少的重要部件。基于矩形波导的功率分配/合成网络由于本身低损耗、应用频率高的特点成为研究人员的研究重点。在毫米波段,对于二进制功率分配波导单元结构多采用3-dB 波导E-面分支结构,该波导分支结构具有低损耗、高隔离度及结构紧凑等特点,但是由于受到机械加工的影响,波导分支数有一定的限制,这样会导致在毫米波段波导分支结构的带宽受到严格的限制。

  在功率合成技术中,采用宽频带特性的功率合成网络,可以大幅度提高系统的输出功率。Louis W. Hendrick等学者提出了一种窄臂短槽的宽带电桥,这种宽带耦合是由于在耦合的一个公共区域内TE30模逐渐消失的作用,这样会导致奇偶模电路电长度的改变,从而实现宽带特性。运用这种结构,实现了紧凑的结构和宽带特性。

  本文基于该学者的理论提出了一种基于波导H-面的Ka波段宽频带功率合成网络,该功分网络可以实现近7.5GHz的带宽,在29.5-37GHz范围内,两端口的幅度差小于0.4dB,回波损耗小于-19.5dB。

  2 基于波导H-面的Ka波段宽频带功率合成网络理论分析

  本文所提出结构是通过H面阶梯不连续性多模等效电路模型分析而得。图1所示的例子是一个H面两级阶梯的定向耦合器,由于该电路结构仅在H面这个面上变化,所以由于TE10模的激励,磁场的方向与H面平行。此外,电路有两个可以折叠的对称面:AA和BB,所以可以把四个端口看成四个一样的端口进行分析,该端口的划分依据是根据平面的奇偶模激励用电场和磁场边界沿着两个对称面进行划分(如图所示2)。在这种情况下,散射矩阵单元散射矩阵单元可以通过四端口的反射系数:

推导得出:

 

  

 

  

 

  

 

  

 

  下标e和o分别代表对称面的奇模和偶模,与此对应的第一个下标对应的是AA面和BB面。

  

 

  图1 两级阶梯型定向耦合器

  接下来考虑的是如图2所示的四分之一的一个端口的电路,这个结构是由一个两级阶梯结构成,这个阶梯结由三个波导的电场窄臂或磁场窄臂构成。三个多模式导引级联会产生阶梯的不连续性。所以由此可以推导出如图3所示的多模等效电路模型,每个导引在阶梯不连续性的等效模式电压和电流互相耦合如下式:

  

 

  图2 四分之一端口剖面图

  

 

  图3 多模等效电路模型

  

 

  

 

  

 

  下标

分别代表每个波导H面的模数,

代表相连波导的模型耦合系数,它是由分界面模式匹配决定。如果假定输入波导端逐渐消失的高次模端接他们的特性阻抗,输出波导端的传播和非传播模式端接从短路或者开路电路终端看去的输出阻抗,那么就可以推导出每个激励下的反射系数,从而得出整个电路的散射矩阵 。

  3 基于波导H-面的Ka波段宽频带功率合成网络设计及仿真

  通过对基于波导H-面阶梯型定向耦合起的理论分析,根据其理论设计了基于波导H面的一级阶梯定向耦合器。本文设计该矩形波导电桥的方法是主要利用HFSS三维电磁场仿真软件进行设计。通过建立模型,设置边界,进行参数扫描和优化,数据处理,绘制仿真图形,得到最终结构尺寸。这种方法的核心主要是参数扫描和优化,需要花费大量时间和精力。但是由于方法比较简便,利用计算机软件完成大量计算,尤其对于毫米波段波导结构器件的设计相当有用。利用HFSS仿真结构如图4如下:

  

 

  图4 基于波导H面一级阶梯定向耦合器

  

 

  图5 合成网络的功分幅度  仿真结果如图5和6所示,在29GHz-37GHz宽频带的范围内,功分网络的四路幅度不平衡度小于0.5dB,相位也取得了很好的一致性,并且输入端的回波损耗小于-17dB。通过仿真结果可以看出,其虽然达到了所需的宽频带特性的要求,但是在整个频带内,幅度不平衡度及回波损耗的效果不是很好。

  

 

  图6 合成网络的回波损耗及隔离度

  本文基于一级阶梯设计的方法和理论又提出了二级阶梯定向耦合器,与一级阶梯耦合器区别是在公共耦合器的区域内,一级阶梯变成了二级阶梯,通过这样的变化,实现耦合区域范围内的阻抗渐变,从而可以实现较低的回波损耗,幅度的不平衡度也有所改善。利用HFSS仿真如图7所示:

  

 

  图7 基于波导H面二级阶梯定向耦合器

  

 

  图8 合成网络的功分幅度

  仿真结果如图8和9所示,在29.5GHz-37GHz的范围内,功分网络的四路幅度不平衡度小于0.4dB,相位也取得了很好的一致性,并且输入端的回波损耗小于-19.5dB。

  

 

  图9 合成网络回波损耗及隔离度

  通过以上两种结构的仿真结构对比,二级阶梯耦合在功分幅度不平衡度、输入端回波损耗及隔离度等性能方面,都比一级阶梯结构有了较明显的改善。

  4 结论

  本文在Louis W. Hendrick等学者的基础上,提出了一种基于波导H-面的Ka波段宽频带功率合成网络。该合成网络是基于H面阶梯不连续性多模等效电路模型提出的,通过对阶梯定向耦合器的设计分析,基于波导H-面的阶梯型定向耦合器具有宽频带特性,并且随着级数的增加其性能具有明显的改善。从仿真结果来看,该结构具有宽频带、低回波损耗、较高的隔离度等特性,这些都是获得高效率合成的必备条件之一。

关键字:波导H面  Ka波段  宽带功率 编辑:探路者 引用地址:一种基于波导H面的Ka波段宽带功率合成网络

上一篇:UCC2870 启动性能分析
下一篇:S波段固态功率放大器的仿真设计

推荐阅读最新更新时间:2023-10-12 22:50

Ka波段串馈微带谐振式全向天线的设计与实现
  1 引言   众所周知,在各种实际应用中,往往要求天线具有高增益、高功率、低旁瓣、波束控制等特性。由于天线阵可以获得这些特性,从而使得阵技术在实际中获得广泛的应用。上世纪70年代以后,随着微带天线的出现和发展,人们对微带线馈电的微带天线阵产生了浓厚的兴趣。其优点主要有:   (1)结构简单,易于制作和生产;   (2)重量轻,体积小,成本低;   (3)剖面薄,易共形;   (4)易于实现多极化、变极化和双频工作;   (5)馈电网络可以和微带天线元集成在同一介质基片上。   微带天线阵的馈电主要有并联和串联两种形式。和并馈相比,串联馈电电路简单,天线效率高,且空间利用性好。另外,按工作原理,微带天
[电源管理]
<font color='red'>Ka</font><font color='red'>波段</font>串馈微带谐振式全向天线的设计与实现
Ka波段串馈微带谐振式全向天线的设计与实现
  1 引言   众所周知,在各种实际应用中,往往要求天线具有高增益、高功率、低旁瓣、波束控制等特性。由于天线阵可以获得这些特性,从而使得阵技术在实际中获得广泛的应用。上世纪70年代以后,随着微带天线的出现和发展,人们对微带线馈电的微带天线阵产生了浓厚的兴趣。其优点主要有:   (1)结构简单,易于制作和生产;   (2)重量轻,体积小,成本低;   (3)剖面薄,易共形;   (4)易于实现多极化、变极化和双频工作;   (5)馈电网络可以和微带天线元集成在同一介质基片上。   微带天线阵的馈电主要有并联和串联两种形式。和并馈相比,串联馈电电路简单,天线效率高,且空间利用性好。另外,按工作原理,微带天线可以分为谐振型(驻波型)和
[电源管理]
<font color='red'>Ka</font><font color='red'>波段</font>串馈微带谐振式全向天线的设计与实现
宽带6GHzRMS检测器提供准确的RF功率测量
2008 年 10 月 1 日 , 凌力尔特公司 ( Linear Technology Corporation ) 推出宽带 6GHz RMS 检测器 LT5581 ,该器件具有 40dB 动态范围和 1.4mA 低工作电源电流。 LT5581 非常适合于便携式和由电池供电的无线系统、蜂窝基站、微微蜂窝和毫微微蜂窝、光纤发送器以及仪表中的多种电源监视器和控制应用。 LT5581 输出一个与对数输入功率成线性正比的 DC 电压,从而在 40dB 范围内以优于 ±1dB 的卓越线性度提供一个易于使用的 mV/dB 调整范围。 LT5581 的 RMS 测量功能提供至 ±0.2dB 范围内的准确 RF 功率读数,而不
[电源管理]
<font color='red'>宽带</font>6GHzRMS检测器提供准确的RF<font color='red'>功率</font>测量
基于GaAs PIN二极管的宽带功率单片单刀双掷开关
  PIN二极管广泛应用于限幅器、开关、衰减器、移相器等控制电路中。与MESFET和PHEMT器件相比较,PIN二极管具有插入损耗低、截止频率高、功率容量大的特点,特别适合于制作性能优异的宽带大功率控制电路。文献 就是采用GaAs PIN二极管制作了一款宽带大功率单刀双掷开关,但由于是混合集成电路形式,导致开关模块体积较大。   本文采用河北半导体研究所GaAs PIN工艺成功开发出一款宽带大功率单片单刀双掷开关。该单片开关集成了GaAs PIN二极管、电容、电感和电阻元件。在6~18 GHz范围内插入损耗(IL)小于1.45 dB,隔离度大于28 dB;在连续波输入功率37 dBm,12 GHz条件下测试输出功率仅压缩0.5
[电源管理]
基于GaAs PIN二极管的<font color='red'>宽带</font>大<font color='red'>功率</font>单片单刀双掷开关
飞思卡尔和Quanta协作面向先进的视频和语音IP电话参考设计
飞思卡尔的i.MX处理器系列驱动着面向企业和中小型企业的7种IP电话 2007年11月28日,中国深圳(飞思卡尔技术论坛) – 飞思卡尔半导体和Quanta Computer密切协作开发一系列基于飞思卡尔获奖的i.MX处理器系列的IP电话平台。Quanta是全球顶尖的原始设计制造商(ODM),现在已开始提供这些平台。 希望迅速进入市场的OEM可以从7种不同的IP电话型号——Quanta提供的从最简单的语音电话到先进的IP视频和语音(V2IP)电话——中灵活选择。这些电话型号基于飞思卡尔公认的i.MX21和i.MX27多媒体应用处理器。在本周在深圳召开的飞思卡尔技术论坛上,感兴趣的制造商可以亲自参观部分上述电话产品并与Q
[焦点新闻]
基于AVR单片机的可预置程控宽带直流功率放大电路方案设计
   本文采用AVR单片机ATmegal28作为核心控制器,结合10位串行D/A芯片 TLC5615 、功率运放THS3092、可编程增益运放AD603以及其他相关电路,构成了可预置程控宽带直流功率放大电路。该电路系统增益调节范围为O~60 dB,步进间距为1 dB,频带为DC~10 MHz,输出电压有效值为10 V,矩阵键盘预置增益值步进,点阵液晶显示实时电压有效值,人机界面友好,操作简单方便。   1 系统总体方案   若采用可编程放大的思想,将输入的信号作为高速D/A转换器的基准电压,那么D/A转换器作为一个程控衰减器,对速度的要求很高。同时,为了实现O~60 dB增益可调,势必需要D/A转换器输出衰减最少60
[单片机]
基于AVR单片机的可预置程控<font color='red'>宽带</font>直流<font color='red'>功率</font>放大电路方案设计
小广播
最新电源管理文章
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved