矩形波導轉換器的設計方案解析

在微波系統(tǒng)中，常使用到一種很普遍的部件，即由一種傳輸線變換到另一種傳輸線的過渡元件，稱為波型轉換器，也稱為波型激勵器。對波型轉換器的要求是：（1）能激勵出所需要的波型；（2）駐波系數(shù)盡量小。
　　為實現(xiàn)寬頻帶內(nèi)良好的阻抗匹配，目前廣泛使用的寬頻帶同軸—矩形波導轉換器，主要有兩種形式，探針式和脊波導過渡式。探針式，即將插入波導腔的同軸線內(nèi)導體頂部連接上金屬圓盤或球，以及在波導腔上設置若干調(diào)諧螺釘。脊波導過渡式，通過在波導中加脊片，組成階梯阻抗變換器，使脊波導的輸出阻抗接近同軸線的特性阻抗，以達到阻抗匹配的目的。
　　在這些技術中，為降低成本，采用SMA同軸連接器接頭一般為標準產(chǎn)品，其介質(zhì)、內(nèi)外徑都是確定的。這種結構帶來兩方面的問題：（1）SMA接頭只能在單模工作在一定頻率（18GHz）以下，在更高頻率時SMA接頭中的高次模將嚴重影響轉換器的工作帶寬，如果采用其它工作頻率更高的標準接頭，如K接頭，其價格高出SMA接頭許多，將大大提高成本；（2）轉換器設計參數(shù)比較少，不易做到匹配。
　　2 探針型同軸—矩形波導轉換器
　　相比于脊波導過渡式轉換器，探針型轉換器具有頻帶寬、易加工的優(yōu)點，故本文只在針對這種形式的轉換器做討論。探針式同軸—波導轉換器是將同軸線的內(nèi)導體做成探針的形式從波導的寬邊插入到波導腔中，在探針頂部加一圓盤或小球，波導一端口短路，另一端口輸出。在波導腔內(nèi)加若干調(diào)諧螺釘。
　　通過調(diào)整下列三個尺寸來達到同軸—矩形波導轉換器在工作頻帶內(nèi)有較好的匹配：（1）探針到短路端的距離i；（2）探針的長度f；（3）探針頂部圓盤的厚度h和直徑g；（4）調(diào)諧螺釘?shù)奈恢谩?br /> 　　=
　　圖1 探針式同軸—矩形波導轉換器
　　如上圖所示，標準的SMA接頭其外徑mm，內(nèi)徑mm，而介質(zhì)的相對介電常數(shù)。其截止頻率大概在18GHz左右。
　　本文設計了一個從波導型號為BJ220的標準波導口到內(nèi)外徑為1.3mm和4.1mm的同軸線的探針型轉接器。標準波導BJ220的工作頻率為17.6—26.7GHz，其范圍已經(jīng)超過SMA接頭的工作頻率范圍。通過軟件仿真，其最優(yōu)結果如圖2所示。