Ka波段SIW魔T结构的研究与设计

发布时间：2020-03-19 22:20

【摘要】：魔T是一种典型的四端口器件,包含有H-T分支和E-T分支,作为一种常用的微波/毫米波无源器件,其具有功率容量大、插损低等优点。并且波导魔T的端口特性非常好,因其诸多优点而广泛应用于微波集成系统、制导武器和电子对战设备中。微波通信系统中,导波结构至关重要,导波结构的总体发展趋势是从单一种类向多样化结构发展,从立体结构向平面集成化结构发展。高集成度和高性能已经成为导波结构的研究热点。传统的导波结构有矩形波导和微带线等。但是矩形波导体积较大,不利于集成;微带线体积很小利于集成但是功率容量较小。综合研究了平面导波结构和非平面导波结构,相关专家发明了基片集成波导(SIW),SIW具有微带的体积,矩形波导的性能之称,近年来得到了极大的发展。本文首先对SIW的基本结构和工作机理进行了研究,并且设计了SIW与微带线的匹配结构。由于理想魔T是互易、无源而且无耗的四端口器件,所以其性能可以用四端口器件的S参数矩阵来研究。本文对无耗互易的四端口网络性质进行了详细的阐述。为了达到匹配,波导中可以放入膜片,膜片分为感性膜片与容性膜片,本文对匹配膜片的工作原理进行了阐述。对于H-T接头和E-T接头,如果不添加匹配元件,那么端口反射会很大,所以必须使用一定的匹配方式。其中一种就是添加感性匹配金属柱,但是匹配金属柱的半径和位置相对较难确定,本文从传输线的特性阻抗出发,利用阻抗匹配的原理发明了一种利用集总元件匹配的方法确定感性匹配金属柱的半径和位置的方法,其能较为容易的确定感性金属柱的半径和位置。另外,使用尖楔形加匹配膜片的匹配方式能够拓宽H-T接头的工作带宽,由于SIW与矩形波导的高度相似性,本文从矩形波导尖楔形匹配出发,设计出了SIW魔T的尖楔形加匹配膜片的H-T分支。由于传统魔T的E-T分支高度上较高,为了使所设计魔T更利于集成化,本文采用电容耦合加匹配膜片的方式实现了E-T分支,并确定了耦合电容的最佳值和匹配膜片的位置和大小。通过仿真可得,在28.2GHz-30.5GHz,所设计魔T具有较好性能。
【图文】：

图 1-1 波导魔 T 典型结构[2]分器。分配器件，能够一路输入信号能量一分二路出[3]。微波功分器通常有波导，微带等结构。分器。比如一分二路威尔金森功分器，包含输出端口之间加有隔离电阻，威尔金森功分端口相互隔离。但是波导三端口结构不可能满足。通常把波导魔 T 用来作为一分二功分则端口 2,3 等幅同相输出，把端口 4 接匹配负反相输出，把端口 1 接匹配负载。将魔 T 作为输出型，而且可以作为反相输出型，同时可匹配。因为魔 T 作为功分器时各个端口均同相器。

电子科技大学硕士学位论文种调整电磁波相位的微波器件，在相控阵雷达用做标准移相器，其示意图如图 1-2 所示。端口端口 1 和 2 接精密的短路活塞，端口 1 和 2 的使两个短路活塞之间的长度差始终保持为 λg/4波导魔 T 的特性可得，如果电磁波从端口 3 输磁波传输到短路面全反射再传输到对称面反相输入，这时电磁波全部从端口 4 输出。不难证出的电磁波之间存在相位差，而且此相位差与位置精确定标，那么就能够做成一个标准移相
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN12

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本文编号：2590799