樊瓊星　劉含　黃路

【摘要】：運(yùn)用微波等效電路理論，分析了內(nèi)置一組電感膜片的矩形波導(dǎo)濾波器的轉(zhuǎn)移參量。用Matlab 編程計(jì)算發(fā)現(xiàn)內(nèi)置膜片的寬度會(huì)影響散射參數(shù)的相位和振幅，而膜片放置的位置對(duì)散射參數(shù)沒有影響。并借助三維電磁場(chǎng)仿真軟件Ansoft HFSS建模分析，對(duì)比發(fā)現(xiàn)等效電路理論計(jì)算結(jié)果與軟件仿真的結(jié)果相符。

【關(guān)鍵詞】：電感膜片 矩形波導(dǎo) 轉(zhuǎn)移矩陣 散射參數(shù)

引言

速調(diào)管的瞬時(shí)工作帶寬對(duì)提高通信、雷達(dá)和電子對(duì)抗等微波電子系統(tǒng)的抗干擾性能十分重要。它由群聚段的帶寬和輸出段的帶寬兩部分決定，而展寬輸出段的帶寬是實(shí)現(xiàn)寬帶速調(diào)管的關(guān)鍵。輸出段的作用是保證速調(diào)管產(chǎn)生的高功率微波通過，傳輸?shù)教炀€等負(fù)載。改善其帶寬的主要方法是在輸出傳輸線中設(shè)計(jì)濾波器結(jié)構(gòu)。

常用的大功率寬帶速調(diào)管濾波器結(jié)構(gòu)通常采用矩形金屬波導(dǎo)作為傳輸線，因其具有傳輸損耗小，功率容量大，工作頻帶窄和工作頻率高等優(yōu)點(diǎn)。并在波導(dǎo)中放置橫向電感膜片作為濾波電抗元件以改善傳輸帶寬。

本文利用微波等效電路理論，將內(nèi)置膜片的矩形波導(dǎo)濾波器等效成微波二端口網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算得到二端口網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移參量。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)參量間的轉(zhuǎn)換關(guān)系式，得到反映傳輸特性的散射參數(shù)S21的計(jì)算式。并對(duì)其進(jìn)行編程計(jì)算，可以得到電感膜片的大小和放置位置對(duì)散射參數(shù)的影響。

1 等效電路理論分析法

為了保證能量均勻傳輸，本文選擇在波導(dǎo)的對(duì)稱位置插入大小相等的膜片。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中l(wèi)為兩組膜片的間距，d為兩膜片之間的窗口寬度，a和b分別為矩形波導(dǎo)橫截面的寬邊與窄邊尺寸。

對(duì)比圖7和圖8：在窗口寬度一定的情況下，改變波導(dǎo)長(zhǎng)度，散射參數(shù)S21的模值不變但相位變化。即膜片兩邊波導(dǎo)的長(zhǎng)度選取對(duì)S21幅度沒有什么影響，只會(huì)影響其相位。這些仿真分析結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果相符。

結(jié)論

運(yùn)用微波等效電路的近似方法，分析了電感膜片的大小和放置位置對(duì)散射參數(shù)S21的影響。由HFSS仿真分析得到波導(dǎo)長(zhǎng)度的變化不會(huì)影響散射參數(shù)S21的模值，但波導(dǎo)部分長(zhǎng)度的變化會(huì)引起入射波相位的改變，所以S21的相位會(huì)發(fā)生變化。而窗口寬度的變化會(huì)使散射參數(shù)的模值和相位發(fā)生改變。軟件仿真分析的結(jié)果與等效電路理論計(jì)算結(jié)果基本一致。本文的研究結(jié)果對(duì)高頻、高功率微波真空器件所用矩形波導(dǎo)的設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。

在X波段內(nèi)，圓弧膜片的電納比相等面積的直膜片的電納小的多，其電納隨頻率的變化也比直膜片小的多[9]。相對(duì)于電感直膜片，圓弧膜片比直膜片更容易實(shí)現(xiàn)寬頻帶。后續(xù)會(huì)在本文的研究基礎(chǔ)上分析圓弧膜片的位置和大小對(duì)濾波器帶寬的影響。

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基金項(xiàng)目：安徽省2017年國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（201711305016）：帶電感膜片的矩形波導(dǎo)濾波器的傳輸特性