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南京航空航天大学 微波技术课程设计 一分八路波导结构功率分配器设计 专 业： 电子信息科学与技术（微波毫米波系统与器件技术） 姓 名：王镇雷 学 号：040910421 指导教师：刘冰 时 间： 2012 年6 月11 日 一、课程设计基本要求： （拟采用波导结构） 1. 功率分配器实现功能要求：等功率一路分八路功分器； 2. 功分器工作频率：35GHz； 3. 仿真选用结构：矩形波导结构； （矩形波导结构要求基本参数参数：① 材料：铜；② 厚度：2mm） 4. 性能指标： a) 插入损耗：（IL）1.7dB  b) 幅度平衡度，波动: 0.5dB  c) 带宽：5GHz d) 相位：5° 二、仿真思路： 仿真软件：HFSS 13.0 最终目标为实现一路分八路的等功率分配，考虑使用七个一分二等功率功分器组合实现 八路功率分配。其中，在七个一分二功分器叠加形成总体结构的支路上，使用圆柱形金属化 通孔减少波的反射，实现功率分配。 三、理论设计： 1、临界波长 波导作为一种用来约束或引导电磁波的结构，电磁波在矩形波导中可以以各种不同的长 结构形式传输，而能够传输的条件是该模式的临界波长大于电磁波在自由空间的波长。波导 管的优点是导体损耗和介质损耗小；功率容量大；没有辐射损耗；结构简单，易于制造。临 界波长由 决定，它和传输模式有关。矩形波导中TE 和TM 型波的临界波长具有的共同的表 kc 达式： 2 2 2 c kc m 2 n 2 m 2 n 2 ( ) ( ) ( ) ( ) a b a b 又由临界频率表示波导的截止特性知： c m 2 n 2 f c c ( ) ( ) / 2  a b c 根据上述计算原理，可以确定对于工作频率为 35GHz 的功率分配器，其将传输的电磁波 的波长可计算出来为：8.5714mm。我们要求其矩形波导中尽可能为主模模式，继而要抑制高 次模的出现。所以，波导的宽度在a 到2a 之间。同时，改变矩形波导长度，可以抑制矩形波 导中的高次模的情况。关于阻抗匹配，由于理想状况下，要求的T 形节避免功率损耗，且希 望节是无耗且所有端口是匹配的，这样的三端口无耗互易的网络是不可能的，实际实验中， 可以通过E/H 面阻抗调配器实现阻抗匹配。 由以上理论依据并通过计算，可得初步的波导外部结构参数，既：（单位：mm） 长：16 宽：11 高：7 以此在软件HFSS 中初步建模，并仿真优化，得到最终结果。 四、仿真建模并优化： 采用HFSS 13.0 软件进行仿真优化设计。 仿真优化参数：波导的长、宽、高和金属化通孔的位置。 矩形波导优化参数为：（单位：mm）长度：a=17.2mm；宽度：b=11.567mm；厚度：c=7.507mm； 矩形波导铜厚度：2mm。 040910421 王镇雷 3 五、仿真优化结果： 优化设计结果（如图所示）： 040910421 王镇雷 4 工作频率在35GHz 时的S 参数分别为： S 参数值（dB）