紧凑型高方向性矩形波导定向耦合器的研究
本文选题:定向耦合器 + 紧凑型 ; 参考:《电子科技大学》2015年硕士论文
【摘要】:定向耦合器作为一种微波无源器件被广泛的应用于微波以及毫米波电路系统中。定向耦合器最为主要的特点就在于其能将微波能量进行定向性的重新分配,这种定向性分配的方向和比例一般要根据微波系统具体需求的不同而选择不同的设计方案来达成。由于有着定向的分配微波能量的功能,所以定向耦合器主要被应用于微波系统的在线测量,雷达的反射监控以及宽带大功率衰减系统中。定向耦合器的类型也随着微波系统的发展得到了丰富与发展,例如从早期采用波导作为定向耦合器的传输系统发展到采用更小巧,更易于加工的微带或带状线作为传输系统,又或者从最初的小孔耦合发展到多孔阵列耦合,从平行线耦合发展到分支线定向耦合等。然而早期的很多带有实验性质的定向耦合器从主要的性能指标到产品整体体积以及易用性等各方面都已经不能满足我们的需求,因此研究设计性能优良,结构紧凑,易于系统使用的定向耦合器仍然具有着重要的意义。本文主要对波导定向耦合器进行了研究与设计。首先通过对定向耦合器的概念与发展历史的学习深入了解了定向耦合器的研究意义与研究现状。其次通过对波导定向耦合器理论中小孔耦合理论与相位叠加理论等理论知识的研究与学习为后续设计波导定向耦合器打下坚实的基础。在具体设计定向耦合器之前对可能影响定向耦合器性能的各项参数进行了大量建模仿真的验证与探讨工作,其中包括在三维电磁仿真软件CST里分别建立3至6孔这四种耦合器的模型,来探讨耦合孔数目对定向耦合器的影响;以及分别改变耦合孔的高度和厚度;波导的高度和宽度等相关参数来探讨最终所选用的耦合器优化变量。然后通过CST先建立定向耦合器的主体结构和过度结构模型再组合优化的方法,调整设计出性能指标优良H面紧凑型高方向性矩形波导耦合器。最后对H面紧凑型高方向性矩形波导耦合器进行了实物的加工和测试验证。最终的测试结果表明该定向耦合器在6.57GHz-9.99 GHz的频带内反射达到了-26 dB,耦合度为20 dB?1.5 dB,方向性达到了33 dB。
[Abstract]:As a passive microwave device, directional coupler is widely used in microwave and millimeter wave circuit systems. The most important characteristic of directional coupler is that it can redistribute microwave energy directionally. The direction and proportion of directional energy distribution should be realized according to the different design scheme of microwave system. The directional coupler is mainly used in the on-line measurement of microwave system, radar reflection monitoring and wideband high-power attenuation system because of its function of directionally distributing microwave energy. The types of directional couplers have also been enriched and developed with the development of microwave systems, for example, from the early use of waveguides as directional couplers to the use of smaller, more easily machined microstrip or strip lines as transmission systems. Or from the initial pinhole coupling to the porous array coupling, from parallel line coupling to branching line directional coupling and so on. However, many of the early directional couplers with experimental properties, from the main performance indicators to the overall volume and ease of use of the product, can no longer meet our needs, so the research and design performance is excellent, and the structure is compact. The directional coupler, which is easy to use in the system, is still of great significance. In this paper, the waveguide directional coupler is studied and designed. Firstly, the research significance and current situation of directional coupler are studied by studying the concept and development history of directional coupler. Secondly, through the research and study of orifice coupling theory and phase superposition theory in waveguide directional coupler theory, it lays a solid foundation for the subsequent design of waveguide directional coupler. Before the directional coupler is designed, a lot of modeling and simulation work has been done to verify and discuss the parameters that may affect the performance of the directional coupler. Three dimensional electromagnetic simulation software CST is used to establish three to six hole coupler models to study the effect of the number of coupling holes on the directional coupler and to change the height and thickness of the coupling hole. The parameters such as the height and width of the waveguide are used to study the optimization variables of the coupler. Then the main structure and excessive structure model of directional coupler are established and optimized by CST, and the H-plane compact rectangular waveguide coupler with good performance is designed and adjusted. Finally, H-plane compact rectangular waveguide couplers with high directionality are fabricated and tested. The final test results show that the directional coupler can reflect -26 dB in the band of 6.57GHz-9.99 GHz, the coupling degree is 20 dB?1.5 dB, and the directivity is 33 dB.
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN622
【共引文献】
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,本文编号:1861750
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