過模波導(dǎo)定向耦合器的研究與設(shè)計.pdf

1、定向耦合器是大功率微波系統(tǒng)中常用的一種器件，可以從系統(tǒng)中耦合出一小部分微波功率，用以監(jiān)測及隔離大功率微波信號。定向耦合器可以由矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、微帶線等多種傳輸線構(gòu)成，并且主波導(dǎo)和副波導(dǎo)可以采用不同的傳輸線，設(shè)計方式多樣，結(jié)構(gòu)形式多樣，并各有優(yōu)缺點?，F(xiàn)有的定向耦合器大多是基于單模傳輸情況下設(shè)計的。然而隨著電子技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)用微波系統(tǒng)的功率不斷加大，基于單模傳輸?shù)牟▽?dǎo)的功率容量在一些情況下難以滿足要求，因而采用多種模式并存的過模波導(dǎo)成為

2、一種解決辦法，與其配套的過模波導(dǎo)定向耦合器的設(shè)計也因此成為一個課題。針對大功率微波系統(tǒng)應(yīng)用需求，本文對過模波導(dǎo)定向耦合器進(jìn)行了研究，分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)與電氣參數(shù)間的關(guān)系，并對耦合器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計。
　　本文的主要工作可以概括為以下幾點:
　　1.對小孔耦合原理進(jìn)行了闡述，對常用的定向耦合器主、副波導(dǎo)的類型進(jìn)行了歸納，并對比了它們的優(yōu)缺點。對定向耦合器的主要技術(shù)指標(biāo)，包括耦合度、隔離度、方向性、駐波系數(shù)等進(jìn)行了研究。分析了波導(dǎo)內(nèi)部

3、的場分布。
　　2.對工作在2.4GHz的過模波導(dǎo)定向耦合器進(jìn)行了研究與設(shè)計，為避免直接采用小尺寸耦合孔容易打火和出現(xiàn)耦合不穩(wěn)定的問題，提出了采用過渡段的寬邊耦合設(shè)計方案。主波導(dǎo)采用加大尺寸的B J22矩形波導(dǎo)，過渡段采用標(biāo)準(zhǔn)的BJ22矩形波導(dǎo)，副波導(dǎo)則采用微帶線以減小耦合器尺寸。首先分析了主波導(dǎo)內(nèi)存在TE10、TE20、TE01三個模式情況下主副波導(dǎo)的場分布，以及結(jié)構(gòu)參數(shù)對耦合度和方向性的影響。
　　3.討論了矩形波導(dǎo)尺寸

4、進(jìn)一步增大后產(chǎn)生的高次模的數(shù)量與比例，并對基于過模波導(dǎo)窄邊和微帶線直接耦合的耦合方式進(jìn)行了研究。通過對耦合孔處電場分布的分析，驗證了由波導(dǎo)窄邊直接耦合到微帶線的可行性。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種能夠承受大功率的基于窄邊耦合的圓孔型過模波導(dǎo)定向耦合器，并對結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。
　　4.在仿真和分析過程中，由于波導(dǎo)內(nèi)不可避免存在駐波，而定向耦合器的耦合度和方向性等參數(shù)理論上是在波導(dǎo)內(nèi)存在行波狀態(tài)下定義的參數(shù)，因此為了避免波導(dǎo)內(nèi)駐波對定向耦