同轴高功率超宽带功分器研究

第18卷第7期2006年7月强激光与粒子束HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSVo1．18，NO．7Ju1．，2006文章编号：1001-4322(2006)07—1126—03同轴高功率超宽带功分器研究吴锋涛，张光甫，梁步阁，袁乃昌(国防科学技术大学电子科学与工程学院微波中心，长沙410073)摘要：运用同轴结构，研制出高功率超宽带功分器，采取先阻抗变换，再功分的形式，以简化机械加工难度。运用高频仿真软件进行仿真分析，研制出一分为二和一分为四的功分器，再组合成为一分为八的功分器，高压实验表明该功分器能耐高压，驻波测试表明阻抗匹配较好，从测量的传输参数可以看出输出各端口幅度一致性较好。证明了该高功率超宽带功分器可以用作实际的高功率天线阵列。关键词：高功率；超宽带；功分器；阻抗匹配中图分类号：TN788文献标识码：A在超宽带短脉冲电磁场的应用中，如要提高雷达的距离分辨能力，须用短的时域脉冲，分辨率提高了，与之相矛盾的是能量减小，探测距离减小。为提高脉冲体制雷达的探测距离可以加大源的脉冲功率，在现有的工程技术条件下，源的功率的提高有一定的限度，而且在高功率条件下会出现许多技术难题。所以采用阵列天线的技术来提高探测距离是较为理想的选择，阵列天线的关键技术功分器的研制就显得尤为重要。普通低功率功分器的制作比较简单，MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1714347708831_3方法比较成熟[1]，但是超宽带高功率功分器因为要防止高压击穿，所以研制就比较困难，至今尚未见到有公开的文献报道，已经有的只能算是分压器，并没有阻抗变换部分，直接分支，这样的后果是反射很大。1功分器设计1．1功分器结构低功率功分器大多采用微带或带线结构，这样做的好处是结构简单，易于制作，易于和电路相连，其缺点是耐压低，只适合于低功率电路。在高功率条件下，微带或带线结构就显得无能为力。本文采用同轴结构，如图1所示，其优点是：同轴结构中密封变压器油后耐高压击穿能力大大提高；易于控制阻抗(TEM传输线，特性阻抗具有解析 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 )；同轴线的特性阻抗随机械加工公差的变化小，对同轴线内外径的尺寸要求不是很严格，只需表面光滑，防止高压击穿即可；可以采用现成的管料，机械加工容易；可以直接与高功率天线相连。1．2阻抗变换的设计Fig．1Structureofpowerdivider图1同轴功分器结构示意图普通低功率功分器的设计一般是先功分，再阻抗变换，在阻抗变换时引入隔离电阻，以提高输出端口之间的隔离度。对于高功率同轴形式的功分器，这样做就很复杂，为了简化结构，便于加工，本文首次采用先阻抗变换，再功分的形式。由于功分器直接和天线相连，输出端的相互耦合对于发射影响不是很大，为了简化设计，这里没有采用隔离电阻来提高输出端的隔离度，实践证明这种 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 是可行的。四分之一波长阶梯阻抗变换的电压驻波比(VSWR)响应特性采用切比雪夫响应e()一(R一1)。T。(cos0／ao)4RT。(1／a。)*收稿日期：2005—10—21；修订日期：2006—04—10基金项目：国家863 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 项目资助课题作者简介：吴锋涛(1977一)，男，博士生，主要从事天线、超宽带方向的研究；wftao21@yahoo．com维普资讯http://www.cqvip.com第7期吴锋涛等：同轴高功率超宽带功分器研究式中：。一sin(~o／4)，∞一2(一。)／(-2z)，z分别是工作频率为厂，时的波长；R是阻抗变换比；T是切比雪夫多项式。．要设计的一分为二功分器的阻抗变换比为R一2，∞：1．2，最大电压驻波比为1．2，由(1)式求得n一3。采用比较系数法可以求得变换段的电阻分别为29．7，35．3和42．1Q。根据同轴线的阻抗公式可以求得内外半径之比，因此，选择合适的同轴外径，就可以确定相应的内径。要设计的一分为四功分器的阻抗变换比为R一4，一1．2，最大电压驻波比为1．5，由(1)式求得n一4。采用比较系数法可以求得变换段的电阻分别为14．9，20．9，29．9和42．1Q。2仿真和测量结果随着计算机技术的发展，计算机仿真软件在微波工程设计中发挥着越来越重要的作用。采用软件仿真，设计思路可以直接在计算机上得到印证、修改和优化，从而减少了设计前期的硬件制作和测试，大大提高了电子工程设计的效率。设计的一分为四等功分高功率同轴功分器，采用时域方法分析，一次运算通过傅里叶变换，可以得到丰富的频域结果，图2(a)是仿真时域波形，可以看出反射很小，同时传输到输出端El的脉冲波形幅值接近四分器的理论值，即为人射脉冲幅值的一半。图2(b)是仿真的S参数，输入端El为1，输出端E1分别为2，3，4和5。图中未示出S。，S和S的值，是因为该功分器的四壁是对称的，输出波形相同，S参数的值也一样，在工作频带范围内，传输参数的值接近理论值一6dB。1008O6>＼O4曼020一O2(a)I=inci。den。ce⋯dividerouti·3{·，、～．(b)-～／一．．一’’、．．|．——Sl1l|八／／V／厂、／̂、／k／一』0246800204060810time／nsfrequency／GHzFig．2Simulationwaveform(a)andSparameter(b)of1：4powerdivider图2四分功分器时域仿真波形(a)和仿真S参数(b)根据以上的设计和分析，研制出两个一分为四的功分器和一个一分为二的功分器，组合起来就是一个一分为八的功分器。驻波测试时，把二分功分器的一个输出端El接匹配负载，另外一个输出端El接四分功分器，该四分功分器的输出端El接匹配负载，测得的驻波值如图3(a)所示。可以看出，阻抗变换的效果很好，驻波比在0．18～O．85GHz之间均小于1．5，在该频段内驻波比平均值小于1．2。图3(b)是测得的传输参数值，为了便于看清楚，图中只给出四个端口的值，各端口之间具有较好的幅度一致。一8∞一12一16-20(b)---o--Out1---o---out2----_一out3稿—-—·～OUt4蚕。I丑IW1’1‘002O4O60810002O406frequency／GHzfrequency／GHzFig．3MeasurementVSWR(a)andtransmissionparameter(b)of1：8powerdivider图3八分功分器驻波测量值(a)和传输参数测量值(b)维普资讯http://www.cqvip.com1128强激光与粒子束第18卷为了测试功分器的耐高压能力，我们选择测试四分功分器，其照片如图4所示，功分器内填充变压器油，以提高其耐击穿性能。在输出端口接匹配负载，把功分器连接在数百Mw级源上，从源的测试端通过衰减器后用示波器测得的波形如图5所示，可以看出功分器的反射很小(淹没在源的拖尾中)，说明功分器中没有被击穿的地方，该功分器能耐高压，阻抗变换匹配的效果也很好。因为二分功分器的外导体半径比四分功分器外导体半径大，耐压值也高，所以也更能耐高压。Fig．4Photographof1：4powerdivider图4四分功分器实物照片⋯=l_．¨·⋯’⋯。。一!⋯’!。|l一州：：．：一，：．：。，一：⋯：⋯：：．．’r。’’’’’’’’’’¨一：j：Fig．5Measurementpulsewaveformof1：4powerdividerthroughmeasuringport图5测试端口脉冲波形3结论本文研制的GW级高功率超宽带功分器，能耐高压，阻抗匹配较好，驻波比在0．18～0．85GHz之间均小于1．5，在该频段内驻波比平均值小于1．2，各输出端口之间具有较好的幅相一致性。该功分器适于工程应用，可以用作实际的高功率天线阵列。参考文献：E1]WilkinsonEJ．Ann—wayhybridpowerdivider[J]．IRETransMicrowaveTheoryTech，1960。8(1)：116—118．E2]ParadLI，MoynihanRL．Split—teepowerdivider[J]．IRETransMicrowTheoryTech，1965。13(1)：91—95．1-33CohnSB．Aclassofbroadbandthree-portTEM—modehybrids[J]．IRETransMicroⅢwT-̂P0rTech，1968，16(2)：110—116．I-4]EkingeRB．Anewmethodofsynthesizingmatchedbroad—bandTEM—modethree-ports[J]．IEEET”sMcr0ⅢPT-̂PorTech，1971，19(1)：81-88．Es]林为干．微波网络I-M]．北京：国防工业出版社，1978．(LinWG．Microwavenetwork．Beijing：Nationa1DefenseIndustryPress，1978)Researchonhighpowerdividerwithultra—wide-bandWUFeng—tao，ZHANGGuang—fu。LIANGBu—ge．YUANGNai-chang(CollegeofElectronicScienceandEngineering，NationalUniversityofDefenseTechnology，Changsha410073，Chi口)Abstract：Highpowerdividerwithultra—wide-bandwasdesignedbasedoncoaxialstructure．Thedividerinputim【pedancewasfirsttranslatedtothedesiredimpedanceformatchingandthentheoffsetwasmadetOeasethemechanicalprocessing．Highfrequencysimulationsoftwarewasusedtosimulatethedividerandthepracticaldividerwasfabricated．HighvoltageexDerimentshowsthatthedividercanresisthighpoweruptOmilionswatt．Themeasurementofvoltagestandingwaveratio(VSWR)is1essthan1．5from0．18GHzto0．85GHzandtheaveragevalueisabout1．2．ThetransmissionparametersindicatetheoutputDortshavewelamplitudeconsistency．ThemeasurementsshowthatthedividerisapplicabletOhighpowerantennaarray．Keywords：Highpower；Ultra—wide-band；Divider；Impedancematching维普资讯http://www.cqvip.com