H面波导双工器的工程设计

发布者:温暖的微风最新更新时间:2016-01-13 来源: 21ic关键字:双工器  滤波器  波导 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章
0.引言

微波双工器是用来把一个信号频谱分开成为两个频率范围的微波器件。它是微波网络中的关键器件,在毫米波通信、卫星通信、雷达、电子对抗等领域都有着广泛的应用。波导型双工器是微波双工器的一个非常重要的分支。它具有损耗小、体积小、隔离度高和一体化程度高的特点。因此在工程上得到了广泛的应用。

波导双工器的设计方法很多,但这些方法的设计过程都相对比较复杂,因此这在增加了设计人员的工作难度的同时,也增加了设计周期。为此本文介绍了一种较为简便的双工器设计方法。同时,针对在双工器设计过程中常会遇到双工器的两个工作频段跨度大,工作在低频段的波导滤波器的高次模会落入高频通带内的问题,本文给出了工程解决方法。针对双工器的两个工作频段跨度大的问题,提出了新型的T形头结构。同时宽频带波导同轴转换器作为波导双工器配套应用的一部分,本文也做了简要的介绍。

1. 双工器的结构

本文设计的双工器如图1所示,双工器主要由同轴波导变换、T形头、滤波器I、滤波器II、同轴波导变换I和同轴波导变换II组成。其中滤波器I和滤波器 II通过频率选择两个不同的通带的频率信号。滤波器I中心频率29.5GHz,带宽300MHz;滤波器II中心频率21GHZ,带宽300MHz,两滤波器通过T形头连接起来。同轴波导变换实现信号传输形式的转换。

 

2. 滤波器的设计

关于波导滤波器的设计,在此介绍一种简单实用的设计方法,运用这种方法设计波导滤波器可分为两步。

2.1 膜片宽度的确定

图2给出了波导滤波器的电结构拓扑图,波导滤波器是由波导段和K变换器组成的。在确定滤波器的级数和逼近函数之后,就可以通过式子(1)-(3)计算出K 变换器的耦合系数K’,再通过式子(4)可以得出K变换器的S21参数值,这样就可以通过软件仿真的方法得出波导滤波器中耦合膜片的宽度。

 

 

2. 2 谐振腔长度的确定

两个膜片之间的一节波导为谐振腔,通过a)得出的膜片宽度。接下来调节谐振腔的长度,使谐振腔谐振在中心频率,就确定了谐振腔的长度。

本文举例的双工器,低频滤波器谐振腔的二次谐波刚好落在高频通带内,可以采用调谐杆预加载的方法,即在滤波器设计过程中,为谐振腔加载调谐螺钉,使二次谐波向高频方向偏移,并且远离高频通带。因此本文在设计滤波器的过程中,已经将调谐杆预加载的性能考虑在内。

3.T形头的设计

T形头在工程上可以采用较为成熟的形式,如图3(a)所示,但是本文的双工器覆盖频带较宽,因此需要对T形头进一步进行结构优化。优化结果如图3(b)所示,可以看出分别在T形头的分口单边和总口两边对称位置添加了电感膜片。改进后的T形头的总口S11参数性能如图4所示,满足双工器的设计需求。

 

4.同轴波导变换的设计

如图1所示,双工器的同轴波导变换一共有三个,通常在工程应用中只设计一种,这一同轴变换性能要覆盖所有工作频带。本文采用阶梯式同轴波导变换结构,如图 5所示,其中填充部分为三阶阶梯状金属匹配块,阶梯状金属匹配块与外界同轴连接器相连接。同轴波导变换性能在图6中给出,其S11参数在工作频带内都小于 -26dB。

 

5.双工器总体优化

在完成同轴波导变换、T形头、滤波器I、滤波器II的设计之后需要对双工器进行总体优化,优化的步骤和方法如下。

a)优化滤波器I、滤波器II与T形头的间距。将滤波器I和滤波器II带入到T形头两侧联合设计,通过调节两滤波器与T形头的间距来使滤波器的驻波达到最优。

b)优化滤波器I、滤波器II的靠近T形头一侧的膜片宽度。以滤波器设计原型数据为依据,将滤波器I、滤波器II的第一级膜片带入到T形头两侧联合设计,直到设计参数达到滤波器原型数据参数为止。

c)优化滤波器I、滤波器II的靠近T形头一侧的第—级谐振腔长度。以滤波器设计原型数据为依据,将滤波器I、滤波器Ⅱ的第一级谐振腔带入到T形头两侧联合设计,直到设计参数达到滤波器原型数据参数为止。

经过以上优化就可以确定双工器的最终尺寸,双工器的最终三维结构图如图7所示。

 

 

双工器的性能在图8中给出。在低工作频段,双工器驻波小于1.2,抑制大于-120dB;在高工作频段,双工器驻波小于1.5,抑制大于-65dB。

总结

本文介绍了一种简便实用的矩形波导双工器工程设计方法,并给出了设计实例。在设计过程中,针对两工作频带相距较远的双工器,提出了预加载的方法,通过这种方法可以有效地控制滤波器二次谐波的位置。另外,还提出了具有宽频带特性的T形头结构和同轴波导变换结构。

关键字:双工器  滤波器  波导 引用地址:H面波导双工器的工程设计

上一篇:基于压电主动杆的空间桁架自抗扰控制器设计
下一篇:感应电机DTC系统减小启动电流策略

推荐阅读最新更新时间:2024-05-03 00:10

STM32 CAN滤波器设置 Identifier filter
stm32的屏蔽滤波功能对ID是有要求的,mpc2515你可以直接写ID,但在STM32 这里ID必须进行移位处理. 对照下表: Extended Id滤波器设置(已验证,只接受Receive_ID节点的数据): /* CAN filter init */ //设置成只能接受主节点 Extended Id:01 的数据 reference manual p557 CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0; CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode=CAN_FilterMode_IdMask; //CAN_FilterInitStructur
[单片机]
STM32 CAN<font color='red'>滤波器</font>设置 Identifier filter
LOTO课1:RC阻容实践 --- 低通滤波器PWM变直流
实践用到的资源:1.5K电阻, 22u电容,LOTO示波器,可调PWM波。 备注:阻值和容值的选择并不需要准确,其实就是组合出一个截止频率很低的低通滤波器就可以了。比如我们上面的选值相当于一个截止频率4.8Hz的低通滤波。 ![视频中阐述并实践了两种方法,第一种是软件控制OSC482自带PWM的占空比调节RC滤波产生直流的大小。第二种是通过S02信号源模块产生方波,手动调节方波的幅度改变直流大小。 视频链接https://www.bilibili.com/video/BV1de411W7LT 实践后思考题:明明可以用可调电阻分压来将一个直流变为可调直流,为什么要用PWM+RC滤波这种方法来产生直流?
[测试测量]
LOTO课1:RC阻容实践 --- 低通<font color='red'>滤波器</font>PWM变直流
频谱分析仪的一些特别的用法总结
  这段时间测试项目比较多, 接触了各种 频谱分析仪 , 各个厂家的频谱分析仪虽然看似很不同, 其实功能操作有很多相同点. 所以这里简单的谈谈频谱分析仪的使用.   频谱仪对 射频 工程师来说应该不会陌生, 它和网络分析仪, 波形仪是三个最基本的测试仪器. 和网络分析仪不同, 频谱仪是用来分析对其未知的信号频率分量(频率和功率), 而网络分析仪是分析已知信号通过测试IC后的性能.   详细的使用方法这里就不细谈了, 大家可以查查网上资料或者操作手册就知. 假设大家已经知道一些常用的参数, 比如RBW, VBW, SPAN, Refence, ATT等这些常用参数了.这里谈谈一些特别的测试方法.   1)测试PLL的 相
[测试测量]
数字技术中的模拟电路技术
  由于数字电路是利用上升沿/下降沿很短的脉冲信号,所以会向外部放出包括高频成分的多余电磁波(噪声),而且对外部来的电磁波(噪声)敏感地响应,造成误动作。另外在电路内部也存在线间产生交调失真、数字器件的通/断时电流急骤变化引起电源电压变动等问题。这样就需要在数字电路中考虑布线的电感和寄生电容构成的分布常数电路、防止上冲、下冲造成波形的混乱及信号反射、延迟、衰减、线间电磁干扰的交调失真。而解决这问题的滤波器、屏蔽等都是模拟技术。      由于数字电路技术在汽车、火车、收音机控制中的应用,高可靠性地实现了以前用模拟技术无法实现的高功能。但是由于噪声会引起系统及电路误动作,尤其对机器为系统是致命的问题。而模拟电路即使有噪声,也只是暂
[焦点新闻]
利用TLE4921-5U设计差分霍尔速度传感器
  1. 概述   霍尔效应是常用的传感器感应技术之一,在汽车领域可以用于检测速度,角度,位移等。其中速度检测通常用差分式霍尔传感器。   速度传感器在设计时除需要满足系统电气要求外,还需要结合其实际使用环境如目标轮齿距,磁场强度,是否需要振动抑制算法,转速范围等。因此要设计好一款适合该系统应用的传感器,采集目标轮信息是很有必要的。   本文介绍如何利用TLE491-5U产品特性进行目标轮信息采集,通过分析传感器差分磁场信号,并结合传感器算法来选择适合应用的产品。   2. TLE4921-5U介绍   TLE4921-5U是基于霍尔原理的差分速度传感器,具有高灵敏度以及优异的温度稳定性和对称的阈值以实现稳定的占空比,通过测
[测试测量]
利用TLE4921-5U设计差分霍尔速度传感器
基于DDS的椭圆函数低通滤波器的设计
 低通滤波器是直接数字频率合成DDS的重要组成部分,其性能的好坏直接影响整个DDS的特性。提出一种基于DDS的椭圆函数 低通滤波器 的设计方案,该设计采用全新的归一化方法,并使用EDA软件Multisim2001进行仿真,确定了滤波器的结构,阶数,以及设置了相关参数,从而设计出截止频率为160 MHz的7阶椭圆函数滤波器。该低通滤波器幅频特性良好,具有快速的衰减性。因此该设计方案可适用于不同频段、阶数、类型的滤波器设计。     直接数字频率合成(DDS)技术是20世纪70年代以来推出的一种频率合成法。随着数字集成电路和微电子技术发展,DDS技术已广泛应用于电子、通信、雷达等领域。DDS是通过改变频率控制字来改变相位累加器的
[嵌入式]
基于DDS的椭圆函数低通<font color='red'>滤波器</font>的设计
正确调节滤波器各组件以提高降噪效果
在 DC 到低频传感器信号调节应用中,仅依靠仪表放大器的共模抑制比 (CMRR) 并不足以在恶劣的工业使用环境中提供稳健的噪声抑制。要想避免多余噪声信号的传播,对仪表放大器输入端低通滤波器中各组件进行正确的匹配和调节至关重要。最终,才能让内部电磁干扰/无线电频率干扰 (EMI/RFI) 滤波和 CMRR 共同作用,降低其他噪声,从而达到可以接受的信噪比 (SNR)。   例如,请思考图1 所示低通滤波器实施。电阻传感器通过一个低通滤波器网络差动连接至一个高阻抗仪表放大器,而低通滤波器网络由 RSX 和 CCM 组成。理想情况下,如果每条输入支线的 CCM 都完全匹配,则两个输入端共有的噪声量将在到达 INA 输入端以前得到
[电源管理]
正确调节<font color='red'>滤波器</font>各组件以提高降噪效果
有源电力滤波器的主电路参数设计
    摘要: 本文提出了有源电力滤波器主电路中的LC参数设计方法。以六脉波晶闸管相控变流器为补偿对象,建立了参数计算的解析表达式,仿真结果证明了方法的正确性。     关键词: 有源滤波器  参数设计  补偿电流 1 引言 有源电力滤波器一般设计成电压源型PWM逆变器,通过控制各桥臂的全控型开关器件(如IGBT),使滤波器的输出很好地跟踪检测的谐波电流,对电网实现滤波。其主电路结构如图1所示,有源滤波器的工作实际通过LC充、放电实现,故LC参数的选择对滤波器的性能有重要影响。对LC参数的确定,往往通过经验,无疑使结果存在盲目性。也有文献采用了计算机辅助计算方法,但需模拟滤波器的工作过程,因此较复杂。本文
[电源管理]
小广播
最新嵌入式文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

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