基于波導(dǎo)H面的Ka波段寬帶功率合成網(wǎng)絡(luò)分析

　　1 引言
　　毫米波矩形波導(dǎo)電橋在毫米波雷達(dá)和通信系統(tǒng)的功分器中扮演了相當(dāng)重要的角色。在毫米波段，矩形波導(dǎo)耦合器可以彌補(bǔ)Wilkinson等微帶型功分器損耗過(guò)大、隔離度太小的缺陷，是毫米波功分器中不可缺少的重要部件?；诰匦尾▽?dǎo)的功率分配/合成網(wǎng)絡(luò)由于本身低損耗、應(yīng)用頻率高的特點(diǎn)成為研究人員的研究重點(diǎn)。在毫米波段，對(duì)于二進(jìn)制功率分配波導(dǎo)單元結(jié)構(gòu)多采用3-dB 波導(dǎo)E-面分支結(jié)構(gòu)，該波導(dǎo)分支結(jié)構(gòu)具有低損耗、高隔離度及結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，但是由于受到機(jī)械加工的影響，波導(dǎo)分支數(shù)有一定的限制，這樣會(huì)導(dǎo)致在毫米波段波導(dǎo)分支結(jié)構(gòu)的帶寬受到嚴(yán)格的限制。
　　在功率合成技術(shù)中，采用寬頻帶特性的功率合成網(wǎng)絡(luò)，可以大幅度提高系統(tǒng)的輸出功率。Louis W. Hendrick等學(xué)者提出了一種窄臂短槽的寬帶電橋，這種寬帶耦合是由于在耦合的一個(gè)公共區(qū)域內(nèi)TE30模逐漸消失的作用，這樣會(huì)導(dǎo)致奇偶模電路電長(zhǎng)度的改變，從而實(shí)現(xiàn)寬帶特性。運(yùn)用這種結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了緊湊的結(jié)構(gòu)和寬帶特性。
　　本文基于該學(xué)者的理論提出了一種基于波導(dǎo)H-面的Ka波段寬頻帶功率合成網(wǎng)絡(luò)，該功分網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)近7.5GHz的帶寬，在29.5-37GHz范圍內(nèi)，兩端口的幅度差小于0.4dB，回波損耗小于-19.5dB。
　　2 基于波導(dǎo)H-面的Ka波段寬頻帶功率合成網(wǎng)絡(luò)理論分析
　　本文所提出結(jié)構(gòu)是通過(guò)H面階梯不連續(xù)性多模等效電路模型分析而得。圖1所示的例子是一個(gè)H面兩級(jí)階梯的定向耦合器，由于該電路結(jié)構(gòu)僅在H面這個(gè)面上變化，所以由于TE10模的激勵(lì)，磁場(chǎng)的方向與H面平行。此外，電路有兩個(gè)可以折疊的對(duì)稱(chēng)面：AA和BB，所以可以把四個(gè)端口看成四個(gè)一樣的端口進(jìn)行分析，該端口的劃分依據(jù)是根據(jù)平面的奇偶模激勵(lì)用電場(chǎng)和磁場(chǎng)邊界沿著兩個(gè)對(duì)稱(chēng)面進(jìn)行劃分（如圖所示2）。在這種情況下，散射矩陣單元散射矩陣單元可以通過(guò)四端口的反射系數(shù)：推導(dǎo)得出：
　　
　　下標(biāo)e和o分別代表對(duì)稱(chēng)面的奇模和偶模，與此對(duì)應(yīng)的第一個(gè)下標(biāo)對(duì)應(yīng)的是AA面和BB面。
　　
　　圖1 兩級(jí)階梯型定向耦合器
　　接下來(lái)考慮的是如圖2所示的四分之一的一個(gè)端口的電路，這個(gè)結(jié)構(gòu)是由一個(gè)兩級(jí)階梯結(jié)構(gòu)成，這個(gè)階梯結(jié)由三個(gè)波導(dǎo)的電場(chǎng)窄臂或磁場(chǎng)窄臂構(gòu)成。三個(gè)多模式導(dǎo)引級(jí)聯(lián)會(huì)產(chǎn)生階梯的不連續(xù)性。所以由此可以推導(dǎo)出如圖3所示的多模等效電路模型，每個(gè)導(dǎo)引在階梯不連續(xù)性的等效模式電壓和電流互相耦合如