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品，其介質、內外徑都是確定的。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。在波導腔內加若干調諧螺釘。
　　通過調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，內徑mm，而介質的相對介電常數(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。