在高频段下带SMA接头的同轴矩形波导转换器的规划

　　1 导言

　　在微波体系中，常运用到一种很遍及的部件，即由一种传输线改换到另一种传输线的过渡元件，称为波型转换器，也称为波型鼓励器。对波型转换器的要求是：(1)能鼓励出所需求的波型;(2)驻波系数尽量小。

　　为完成宽频带内杰出的阻抗匹配，现在广泛运用的宽频带同轴—矩形波导转换器，首要有两种方式，探针式和脊波导过渡式。探针式，行将刺进波导腔的同轴线内导体顶部衔接上金属圆盘或球，以及在波导腔上设置若干调谐螺钉。脊波导过渡式，经过在波导中加脊片，组成阶梯阻抗改换器，使脊波导的输出阻抗挨近同轴线的特性阻抗，以到达阻抗匹配的意图。

　　在这些技能中，为降低本钱，选用SMA同轴衔接器接头一般为规范产品，其介质、内外径都是确认的。这种结构带来两方面的问题：(1)SMA接头只能在单模作业在必定频率(18GHz)以下,在更高频率时SMA接头中的高次模将严重影响转换器的作业带宽，假如选用其它作业频率更高的规范接头，如K接头，其价格高出SMA接头许多，将大大进步本钱;(2)转换器规划参数比较少，不易做到匹配。

　　2 探针型同轴—矩形波导转换器

　　比较于脊波导过渡式转换器，探针型转换器具有频带宽、易加工的长处，故本文只在针对这种方式的转换器做评论。探针式同轴—波导转换器是将同轴线的内导体做成探针的方式从波导的宽边刺进到波导腔中，在探针顶部加一圆盘或小球，波导一端口短路，另一端口输出。在波导腔内加若干调谐螺钉。

　　经过调整下列三个尺度来到达同轴—矩形波导转换器在作业频带内有较好的匹配：(1)探针到短路端的间隔i;(2)探针的长度f;(3)探针顶部圆盘的厚度h和直径g;(4)调谐螺钉的方位。

　　图1 探针式同轴—矩形波导转换器

　　如上图所示，规范的SMA接头其外径mm，内径mm，而介质的相对介电常数　。其截止频率大概在18GHz左右。

　　本文规划了一个从波导型号为BJ220的规范波导口到内外径为1.3mm和4.1mm的同轴线的探针型转接器。规范波导BJ220的作业频率为17.6—26.7GHz,其规模现已超越SMA接头的作业频率规模。经过软件仿真，其最优成果如图2所示。

　　图2 SMA—BJ220转换器仿真曲线

　　从图2能够看出，因为转接器的作业频段超越SMA接头的作业频率，同轴接头内部发生的高次模，高次模在25.9GHz和28.1GHz发生谐振尖峰，导致转接器的反射系数急剧增大。

　　3 改善后的同轴—波导转换器

　　为战胜上述问题，本文特在曾经的探针型转换器的结构基础上提出一些改善。同轴线的截止频率为

，当缩小外径b和介质的相对介电常数时，其截止频率会明显进步。故在SMA接头与波导腔之间增加一过渡阶段，即在腔体上壁刺进SMA接头处开一圆孔，该空的直径小于SMA的外径，其内部为空气填充。

　　图3 改善后的同轴—矩形波导转换器

　　表1给出了经优化后的同轴—矩形波导转换器的首要结构参数。

表1 转换器的结构参数

　　　　其仿真曲线如图所示

　　图4 改善后SMA—BJ220转换器的仿真曲线

　　由图4的仿真曲线能够看出，在规范矩形波导BJ220作业的频带规模17.6—26.7GHz内，转接器的反射系数在-27dB以下，即驻波系数小于1.05。而且因为过渡圆孔的抑制作用，由高次模发生的谐振尖峰也被进步到35.6GHz，移出了转接器的作业频带。故经过这种改善，SMA接头认可运用于高于18GHz的场合。

　　由图5可见，经改善后的SMA—BJ220转换器的实践性能指标为：转换器反射系数在-15dB以下的作业频带被拓宽到17.6—31.6GHz;在波导BJ220单模传输作业的频带规模17.6—26.7GHz内，其反射系数为-16dB以下;经过过渡圆孔的抑制作用，谐振尖峰被进步到了32.3GHz。在通带内的反射系数，仿真曲线和实践丈量曲线存在必定差异，其首要原因在于该转换器体积只要24.3*22.4*22.4，加工时相对误差较大;以及在仿真过程中，并未考虑SMA接头自身在衔接时的微波反射。

　　图6 改善后SMA—BJ220转换器的实测曲线

　　4 定论

　　本文介绍了咱们在对从同轴线到矩形波导之间波型改换做的一些研讨。同轴—矩形波导转换器现在已广泛应用于各个微波体系，每年的出产、需求量都很大。而经过本文所述技能，能够选用价格低廉的SMA接头来替代其他性能优越、价格昂贵的接头，然后有用的削减了出产本钱。现在，咱们正在进一步讨论这项新技能及其在大规模出产方面所面对的问题。本文所述技能都申请了专利维护。