1 导言
双工器在微波中继通讯、微波通讯、雷达、电子对抗及微波丈量外表中都得到极端广泛的运用。膜片波导滤波器具有体积小，损耗低，Q值高级长处,因而遭到重视，与传统运用的双工器比较，波导型双工器省掉了环行器，故而结构紧凑，一体化程度高。此外波导型双工器还具有阻隔性好的长处，因而遭到遍及重视。目前国内一般选用等效电路法规划波导型双器。等效电路法是一种近似的办法，使用该法规划的双工器归纳精度低，很难满意高功能、高目标要求的场合。近年来，将高精度的形式匹配法等技能运用于波导无源器材中，得到了所规划器材的实测值与电磁仿真软件归纳优化值适当符合的优秀成果。
2 双工器规划理论
图1为双工器结构图，角孔式膜片作为谐振腔，而四分之一波长波导作为耦合器。咱们在知道规划目标的情况下，能够依据经典微波理认来求得角孔膜片的巨细。
图1 FSS滤波器模型
滤波器模型规划所需求的参数，谐振频率f0，有载品质因数Qi。对应于集总参数电路的关系由（1）和（2）式给出：
（1）
（2）
图2所示，据经典微波理论和等效电路法，便能够初步规划滤波器及双工器。
图2 FSS滤波器模型的集总参数等效电路
3 短路支节技能
工程中对双工器的目标要求越来越高，有时会要－100dB的阻隔度。明显，运用传统的腔体滤波技能难以规划出体积小，阻隔度高的双工器。
在结构模型（图1）的基础上运用短路支节技能，能够规划出体积小，功能杰出的双工器。以两个FSS膜片和一个短路支节作为一个单元来研讨它的特性。经过改动短路支节的宽度、高度和长度能够操控零点的方位。如图3所示，是将零点操控在低端的一个单元结构。跟着短路支节的宽度/长度的减小，传输零点往频率高的方位移动，如图4所示。图3和图4所示结构对应的尺度如表格1所示。
图3 带短路支节的单元结构一
图4 带短路支节的的单元结构二
4 双工器规划
本文以一个X波段的波导型双工器为例，阐明双工器的规划办法。双工器的详细技能目标如下：
通带1：中心频率为8.307GHz，带宽60 MHz， 通带内反射系数小于18dB；
通带2：中心频率为8.426GHz，带宽60 MHz， 通带内反射系数小于18dB。
阻隔度(中心频点)大于90dB；体积小于20×15×5cm3。
规划选用FSS谐振腔和短路支节技能，图5所示。双工器的规划过程可分为四个过程：
（1）依据所述规划理论优化规划好两个带通滤波器的参数，包含膜片距离参数和FSS的参数；
（2）依据波导－同轴转化接头理论别离规划好两滤波器的输出结构；
（3）依据要求挑选适宜的输入结构，本比如选用的是规范波导E面底部输入；
（4）然后将以上三个部分衔接在一起，上面规划过程中得到的参数作为已知值，再优化双工器的尺度参数。
此种双工器的仿真体积仅为10×7×2.1 cm3。图5为双工器的电磁仿真成果，可知，仿真成果满意规划目标。
表1 滤波器单元结构规划参数
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参数 |
图3结构（mm） |
图4结构（mm） |
参数描绘 |
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a0 |
28.5 |
28.5 |
规范波端口宽度 |
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b0 |
12.62 |
12.62 |
规范波端口高度 |
|
a1 |
30 |
30 |
短路支节宽度 |
|
b1 |
18.5 |
18.5 |
短路支节高度 |
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w1=w2 |
18. |
18. |
FSS膜片宽度 |
|
h1=h2 |
2.5 |
2.5 |
FSS膜片高度 |
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l |
4 |
4 |
短路支节长度 |
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t |
2 |
2 |
FSS膜片厚度 |
5 工程完成及测验成果
按上述规划办法，咱们规划、加工了同标的双工器，因为所述双工器级数较多，且尺度很小，器材的实践制造调试具有适当的困难。如图7所示，用HP8320B矢网进行测验，实测成果中包含了两个SMA的插损和反射损耗，终究完成的FSS双工器可到达如下目标：
通带1：中心频率为8.31GHz，带宽60 MHz， 通带内反射系数小于20dB，通带内插损小于3dB；
通带2：中心频率为8.436GHz，带宽60 MHz， 通带内反射系数小于18dB，通带内插损小于2.9dB；
阻隔度(中心频点)大于100dB。
由测验成果与仿真成果根本符合，通带2的中心频率有10 MHz的上移。滤波器级数较多难以调试，和加工差错是引起不完全符合的主要原因。
图5 FSS双工器仿真成果
图6 双工器测验成果
6 定论
本文介绍了一种带短路支节的FSS双工器的规划办法，用两个FSS膜片和一个短路支节作为双工器的单元结构。并规划、加工了一双工器，成果表明此种办法所规划的双工器具有体积小，规划灵敏的长处。这种办法相同适用于滤波器的规划。
