S波段耦合腔行波管过渡波导的设计.pdf

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1、，嚣如图1所示，图中各参数值如表1所示。用csT微波工作室软件模拟计算的结果见图20图1直线渐变模型152表1直线渐变结构参数值标号数值(IIun)含义a72．14标准BJ．32标准波导截面长b34．04标准BJ．32标准波导截面宽C9．5扁波导高度1150标准波导长度1250扁波导长度length变量过渡结构长度图2为当过渡段长度(1ength)分别为120mm、230如m、25011=ⅡIl时的电压驻波比的计算结果。当length为120rnm时，电压驻波比大于1．4。随着length的增长，电压驻波比相应减小，当1ength从

2、230mm增大至250mm时，电压驻波比变化不大，趋于恒定。而在整个工作频段(2．8—3．6GHz)内，电压驻波比仍是大于1．1。2．曲面渐变结构图2不同长度的直线渐变结构的电压驻波比把图1所示结构中的渐变直线改为光滑渐变的曲线所构成的结构即为曲面渐变结构，如图3所示，图中各参数值仍参照表1。常用指数渐变或者三角函数分布渐变。更为理想的是切比雪夫渐变方式，它可以做到在给定长度下反射最小；反之在给定反射下，它需要的长度最小。在CST微波工作室软件中采用平滑度(Smoothness)参数来描述曲面变化Ⅲ，一般选择范围为0．25～0．35

3、‘副。a▲—弋：．：=7～P喝{÷l：c、⋯，r111ength{12图3曲面过渡结构图4为过渡长度1ength固定为180衄，平滑度参数p分别为0．25、0．3、0．35时电压驻波比的计算结果。选择合适的平滑度参数p可以获得较好的电压驻波比，当p等于0．3时，电压驻波比在工作频段内小于1．05。153F伯qEnc、7，GHz图4不同p值的曲面过渡结构的电压驻波比从图2和图4可以看出，与直线渐变结构相比，采用曲面渐变结构明显的改善了性能。在给定反射下，采用了曲面渐变结构可以使过渡段的长度大大缩短。一般来说，在可以接受的长度范围内，选

4、择适合的平滑系数p，过渡段长度越大效果越好。一3．阶梯变化结构从上面结果可知，即使采用了曲面渐变的结构，其最短长度也需要180mm，如果我们要进一步缩短过渡段的长度就需要采用阶梯结构。阶梯过渡的实质是利用1／4波长实现阻抗匹配，在变换器的第n节起始端的反射系数为障1：-糕∥一(3)式中p=肛为每一节上的相移，显然，对于中心频率来说，由于z=以／4，所以秒=石／2。但对于其它频率来说，口并不等于万／2。阶梯结构变换器总的反射系数在一级近似下(只取各节一次反射波的总和)可以表示为：r=扁+届P-2归+皮已．4声+⋯+A已-2可8(4)为

5、了满足阻抗匹配和带宽的要求，一般采用多级变换器。一般说来，节数越多带宽也就越宽。但考虑到整个过渡结构的长度限制，这里选取三级结构进行计算，如图5所示，图中各参数数值见表2所示。a木b11也131415图5阶梯过渡结构表2阶梯过渡结构参数值标号数值(衄)参数含义a72．14标准BJ一32波导截面长度b34．04标准BJ一32波导截面高度C9．5扁波导高度1150标准波导长度1226．14第一阶梯波导长度1325．06第二阶梯波导长度1427．32笔=阶梯波导长摩1550扁波导长度h15．05第一阶梯波导高度h215．42第二阶梯波导高

6、度h322．36第=阶梯波导高度三级阶梯过渡结构的计算结果如图6所示，在整个过渡结构较短的情况下(过渡长度为78．52舳1)，获得了较低的电压驻波比。·图6阶梯过渡结构的电压驻波比4．结论本文分析了三种类型过渡结构的性能，得到了如下结果：直线渐变结构要求的过渡段最长，而且电压驻波比比较大；曲面过渡结构和三级阶梯结构在工作频带(2．8—3．6GHz)的范围内，可以获得了最小的电压驻波比。而三级阶梯结构的过渡段长度要比曲面过渡结构更短。因此耦合腔行波管的输出过渡波导可以采用阶梯过渡结构来设计。参考文献：【1】电子管设计手册编辑委员会．中

7、小功率行波管设计手册．北京：内部资料，1976，125．【2】吴常津．毫米波耦合腔行波管高频系统的基本特点与工艺结构综述．真空电子技术．2001，(3)，11-18[3】王健石．波导与同轴连接器数据手册．北京：中国标准出版社，2001：8-9．【4】张敏译．CST微小工作室用户全书D咽．成都：电子科技大学出版社，2004．【5】吴常津．毫米波耦合腔行波管过渡波导的设计．真空电子技术．2006，(6)，1-4．【6】王文祥．微波工程基础．成都：电子科技大学，2005，84．155