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        電感膜片對(duì)矩形波導(dǎo)濾波器散射參數(shù)的影響

        2018-10-20 13:38:52樊瓊星劉含黃路
        新生代·下半月 2018年10期
        關(guān)鍵詞:矩形波導(dǎo)

        樊瓊星 劉含 黃路

        【摘要】:運(yùn)用微波等效電路理論,分析了內(nèi)置一組電感膜片的矩形波導(dǎo)濾波器的轉(zhuǎn)移參量。用Matlab 編程計(jì)算發(fā)現(xiàn)內(nèi)置膜片的寬度會(huì)影響散射參數(shù)的相位和振幅,而膜片放置的位置對(duì)散射參數(shù)沒(méi)有影響。并借助三維電磁場(chǎng)仿真軟件Ansoft HFSS建模分析,對(duì)比發(fā)現(xiàn)等效電路理論計(jì)算結(jié)果與軟件仿真的結(jié)果相符。

        【關(guān)鍵詞】:電感膜片 矩形波導(dǎo) 轉(zhuǎn)移矩陣 散射參數(shù)

        引言

        速調(diào)管的瞬時(shí)工作帶寬對(duì)提高通信、雷達(dá)和電子對(duì)抗等微波電子系統(tǒng)的抗干擾性能十分重要。它由群聚段的帶寬和輸出段的帶寬兩部分決定,而展寬輸出段的帶寬是實(shí)現(xiàn)寬帶速調(diào)管的關(guān)鍵。輸出段的作用是保證速調(diào)管產(chǎn)生的高功率微波通過(guò),傳輸?shù)教炀€等負(fù)載。改善其帶寬的主要方法是在輸出傳輸線中設(shè)計(jì)濾波器結(jié)構(gòu)。

        常用的大功率寬帶速調(diào)管濾波器結(jié)構(gòu)通常采用矩形金屬波導(dǎo)作為傳輸線,因其具有傳輸損耗小,功率容量大,工作頻帶窄和工作頻率高等優(yōu)點(diǎn)。并在波導(dǎo)中放置橫向電感膜片作為濾波電抗元件以改善傳輸帶寬。

        本文利用微波等效電路理論,將內(nèi)置膜片的矩形波導(dǎo)濾波器等效成微波二端口網(wǎng)絡(luò),計(jì)算得到二端口網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移參量。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)參量間的轉(zhuǎn)換關(guān)系式,得到反映傳輸特性的散射參數(shù)S21的計(jì)算式。并對(duì)其進(jìn)行編程計(jì)算,可以得到電感膜片的大小和放置位置對(duì)散射參數(shù)的影響。

        1 等效電路理論分析法

        為了保證能量均勻傳輸,本文選擇在波導(dǎo)的對(duì)稱(chēng)位置插入大小相等的膜片。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中l(wèi)為兩組膜片的間距,d為兩膜片之間的窗口寬度,a和b分別為矩形波導(dǎo)橫截面的寬邊與窄邊尺寸。

        對(duì)比圖7和圖8:在窗口寬度一定的情況下,改變波導(dǎo)長(zhǎng)度,散射參數(shù)S21的模值不變但相位變化。即膜片兩邊波導(dǎo)的長(zhǎng)度選取對(duì)S21幅度沒(méi)有什么影響,只會(huì)影響其相位。這些仿真分析結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果相符。

        結(jié)論

        運(yùn)用微波等效電路的近似方法,分析了電感膜片的大小和放置位置對(duì)散射參數(shù)S21的影響。由HFSS仿真分析得到波導(dǎo)長(zhǎng)度的變化不會(huì)影響散射參數(shù)S21的模值,但波導(dǎo)部分長(zhǎng)度的變化會(huì)引起入射波相位的改變,所以S21的相位會(huì)發(fā)生變化。而窗口寬度的變化會(huì)使散射參數(shù)的模值和相位發(fā)生改變。軟件仿真分析的結(jié)果與等效電路理論計(jì)算結(jié)果基本一致。本文的研究結(jié)果對(duì)高頻、高功率微波真空器件所用矩形波導(dǎo)的設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。

        在X波段內(nèi),圓弧膜片的電納比相等面積的直膜片的電納小的多,其電納隨頻率的變化也比直膜片小的多[9]。相對(duì)于電感直膜片,圓弧膜片比直膜片更容易實(shí)現(xiàn)寬頻帶。后續(xù)會(huì)在本文的研究基礎(chǔ)上分析圓弧膜片的位置和大小對(duì)濾波器帶寬的影響。

        【參考文獻(xiàn)】

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        【2】丁耀根.大功率速調(diào)管的理論與計(jì)算模擬[M].北京,國(guó)防工業(yè)出版社,2008:283-294,388-396

        【3】李艷華,丁耀根.速調(diào)管矩形波導(dǎo)窗的研究[J].強(qiáng)激光與粒子束,2006,18(12):2061-2064

        【4】高美麗, 趙永久, 翟陽(yáng)文. 矩形波導(dǎo)諧振膜片的分析及其應(yīng)用[J].微波學(xué)報(bào),2007,23(10):98-102

        【5】沈致遠(yuǎn).微波技術(shù)[M].北京,國(guó)防工業(yè)出版社,1980:119-128

        【6】顧繼慧.微波技術(shù)[M].北京,科學(xué)出版社,2004:252

        【7】董玉和.微波圓柱和同軸高階橫磁模式及其輸出耦合[D].北京,中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所,2006:82-83,73

        【8】N.Marcuvitz.Waveguide Handbook[M].New York,Peter Peregrinus Ltd.1986:221-227

        【9】唐敬賢.計(jì)算矩形波導(dǎo)中任意感性膜片電納的新方法[J].電子學(xué)報(bào),1994,12(12):85-86

        基金項(xiàng)目:安徽省2017年國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(201711305016):帶電感膜片的矩形波導(dǎo)濾波器的傳輸特性

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