H面波导双工器工程设计论文

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1．双工器的结构

本文设计的双工器如图1所示，双工器主要由同轴波导变换、T形头、滤波器I、滤波器II、同轴波导变换I和同轴波导变换II组成。其中滤波器I和滤波器II通过频率选择两个不同的通带的频率信号。滤波器I中心频率29.5GHz，带宽300MHz；滤波器II中心频率21GHz，带宽300MHz，两滤波器通过T形头连接起来。同轴波导变换实现信号传输形式的转换。

2．滤波器的设计

关于波导滤波器的设计，在此介绍一种简单实用的设计方法，运用这种方法设计波导滤波器可分为两步。

2.1膜片宽度的确定

波导滤波器的电结构拓扑图，波导滤波器是由波导段和K变换器组成的。在确定滤波器的级数和逼近函数之后，就可以通过式子(1)-(3)计算出K变换器的耦合系数K’，再通过式子(4)可以得出K变换器的S21参数值，这样就可以通过软件仿真的方法得出波导滤波器中耦合膜片的宽度。

2.2谐振腔长度的确定

两个膜片之间的一节波导为谐振腔，通过a)得出的膜片宽度。接下来调节谐振腔的长度，使谐振腔谐振在中心频率，就确定了谐振腔的长度。本文举例的双工器，低频滤波器谐振腔的二次谐波刚好落在高频通带内，可以采用调谐杆预加载的方法，即在滤波器设计过程中，为谐振腔加载调谐螺钉，使二次谐波向高频方向偏移，并且远离高频通带。因此本文在设计滤波器的过程中，已经将调谐杆预加载的性能考虑在内。

3．T形头的设计

T形头在工程上可以采用较为成熟的形式，但是本文的双工器覆盖频带较宽，因此需要对T形头进一步进行结构优化。可以看出分别在T形头的分口单边和总口两边对称位置添加了电感膜片。改进后的T形头的总口S11参数性能，满足双工器的设计需求。

4．同轴波导变换的设计

双工器的同轴波导变换一共有三个，通常在工程应用中只设计一种，这一同轴变换性能要覆盖所有工作频带。本文采用阶梯式同轴波导变换结构，其中填充部分为三阶阶梯状金属匹配块，阶梯状金属匹配块与外界同轴连接器相连接。其S11参数在工作频带内都小于-26dB。

5、双工器总体优化

在完成同轴波导变换、T形头、滤波器I、滤波器II的设计之后需要对双工器进行总体优化，优化的步骤和方法如下。a)优化滤波器I、滤波器II与T形头的间距。将滤波器I和滤波器II带入到T形头两侧联合设计，通过调节两滤波器与T形头的间距来使滤波器的驻波达到最优。b)优化滤波器I、滤波器II的靠近T形头一侧的膜片宽度。以滤波器设计原型数据为依据，将滤波器I、滤波器II的第一级膜片带入到T形头两侧联合设计，直到设计参数达到滤波器原型数据参数为止。c)优化滤波器I、滤波器II的靠近T形头一侧的第一级谐振腔长度。以滤波器设计原型数据为依据，将滤波器I、滤波器II的第一级谐振腔带入到T形头两侧联合设计，直到设计参数达到滤波器原型数据参数为止。经过以上优化就可以确定双工器的最终尺寸，双工器的最终三维结构。在低工作频段，双工器驻波小于1.2，抑制大于-120dB；在高工作频段，双工器驻波小于1.5，抑制大于-65dB。

6.总结

本文介绍了一种简便实用的矩形波导双工器工程设计方法，并给出了设计实例。在设计过程中，针对两工作频带相距较远的双工器，提出了预加载的方法，通过这种方法可以有效地控制滤波器二次谐波的位置。另外，还提出了具有宽频带特性的T形头结构和同轴波导变换结构。

作者：王惠生 李磊 冯文文 单位：华东电子工程研究所