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[分享] 3dB波导短缝耦合器设计

Jacktang 2018-5-24 21:09 楼主

1) 设计步骤

3dB波导短缝耦合器遵循下列设计步骤：

a) 规划短缝宽度，通过波导模式计算出短缝宽度的上下限，控制短缝处只能通过TE20和TE10两个模式

b) HFSS中仿真短缝处奇偶模阻抗和有效介电常数（影响相速度）

c) 根据有效介电常数计算出短缝长度，或者在ADS中建立耦合线模型，优化出短缝长度以及端口匹配阻抗。必要时需设计阻抗变换器

d) HFSS中建模仿真验证

2) 设计实例

这里用一个24GHz的3dB短缝耦合器说明该耦合器的设计方法。

a) 规划短缝宽度，通过波导模式计算出短缝宽度的上下限，控制短缝处只能通过TE20和TE10两个模式

这一步可以通过《微波工程》一书中波导截止模式计算，这里直接选用BJ260标准波导尺寸进行设计，详细计算不做展开。

b) HFSS中仿真短缝处奇偶模阻抗和有效介电常数（影响相速度）

360截图20180524211003792.jpg

360截图20180524211009681.jpg

图1、奇偶模阻抗及有效介电常数仿真

c) 根据有效介电常数计算出短缝长度，或者在ADS中建立耦合线模型，优化出短缝长度以及端口匹配阻抗。必要时需设计阻抗变换器

360截图20180524211112934.jpg

360截图20180524211106531.jpg

图2、ADS仿真确定短缝长度

d) HFSS中建模仿真验证

通过c)步骤确定的短缝长度在HFSS建立短缝波导耦合器的完整模型图5，通过仿真可以看出很好的实现了3dB的耦合度，但是驻波和隔离度稍差，这主要是因为输入波导间有金属壁的厚度，这个地方的不连续必须通过一定的匹配电路来补偿。

360截图20180524211211491.jpg

图3、短缝波导耦合器模型及一次仿真曲线

根据经验对台阶处进行切角处理，切角模型见图6所示，通过扫描切角长度可以得到比较好的驻波及隔离结果见图6所示。

短缝耦合器的耦合度在宽带范围内波动较大，一般适合在相对窄的带宽里使用。

360截图20180524211238174.jpg

图4、驻波优化后的短缝耦合器模型及仿真结果

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回复评论（1）

沙发 star_66666

很复杂啊

点赞 2018-5-24 21:21

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