当前位置:首页>>设计:高频段下带SMA接头的同轴矩形波导转换器

设计:高频段下带SMA接头的同轴矩形波导转换器

发布时间:2016-01-29作者:智汇张瑜

  1 引言

  在微波系统中,常使用到一种很普遍的部件,即由一种传输线变换到另一种传输线的过渡元件,称为波型转换器,也称为波型激励器。对波型转换器的要求是:(1)能激励出所需要的波型;(2)驻波系数尽量小。

  为实现宽频带内良好的阻抗匹配,目前广泛使用的宽频带同轴-矩形波导转换器,主要有两种形式,探针式和脊波导过渡式。探针式,即将插入波导腔的同轴线内导体顶部连接上金属圆盘或球,以及在波导腔上设置若干调谐螺钉。脊波导过渡式,通过在波导中加脊片,组成阶梯阻抗变换器,使脊波导的输出阻抗接近同轴线的特性阻抗,以达到阻抗匹配的目的。

  在这些技术中,为降低成本,采用SMA同轴连接器接头一般为标准产品,其介质、内外径都是确定的。这种结构带来两方面的问题:(1)SMA接头只能在单模工作在一定频率(18GHz)以下,在更高频率时SMA接头中的高次模将严重影响转换器的工作带宽,如果采用其它工作频率更高的标准接头,如K接头,其价格高出SMA接头许多,将大大提高成本;(2)转换器设计参数比较少,不易做到匹配。

  2 探针型同轴-矩形波导转换器

  相比于脊波导过渡式转换器,探针型转换器具有频带宽、易加工的优点,故本文只在针对这种形式的转换器做讨论。探针式同轴-波导转换器是将同轴线的内导体做成探针的形式从波导的宽边插入到波导腔中,在探针顶部加一圆盘或小球,波导一端口短路,另一端口输出。在波导腔内加若干调谐螺钉。

  通过调整下列三个尺寸来达到同轴-矩形波导转换器在工作频带内有较好的匹配:(1)探针到短路端的距离i;(2)探针的长度f;(3)探针顶部圆盘的厚度h和直径g;(4)调谐螺钉的位置。

设计:高频段下带SMA接头的同轴矩形波导转换器

图1 探针式同轴-矩形波导转换器

  如上图所示,标准的SMA接头其外径设计:高频段下带SMA接头的同轴矩形波导转换器mm,内径设计:高频段下带SMA接头的同轴矩形波导转换器mm,而介质的相对介电常数设计:高频段下带SMA接头的同轴矩形波导转换器。其截止频率大概在18GHz左右。

  本文设计了一个从波导型号为BJ220的标准波导口到内外径为1.3mm和4.1mm的同轴线的探针型转接器。标准波导BJ220的工作频率为17.6-26.7GHz,其范围已经超过SMA接头的工作频率范围。通过软件仿真,其最优结果如图2所示。

设计:高频段下带SMA接头的同轴矩形波导转换器

图2 SMA-BJ220转换器仿真曲线


  从图2可以看出,由于转接器的工作频段超过SMA接头的工作频率,同轴接头内部产生的高次模设计:高频段下带SMA接头的同轴矩形波导转换器,高次模在25.9GHz和28.1GHz产生谐振尖峰,导致转接器的反射系数急剧增大。

  3 改进后的同轴-波导转换器

  为克服上述问题,本文特在以前的探针型转换器的结构基础上提出一些改进。同轴线的截止频率为

设计:高频段下带SMA接头的同轴矩形波导转换器

  当缩小外径b和介质的相对介电常数设计:高频段下带SMA接头的同轴矩形波导转换器时,其截止频率会明显提高。故在SMA接头与波导腔之间添加一过渡阶段,即在腔体上壁插入SMA接头处开一圆孔,该空的直径小于SMA的外径设计:高频段下带SMA接头的同轴矩形波导转换器,其内部为空气填充。

设计:高频段下带SMA接头的同轴矩形波导转换器

图3 改进后的同轴-矩形波导转换器

  表1给出了经优化后的同轴-矩形波导转换器的主要结构参数。

表1 转换器的结构参数

 设计:高频段下带SMA接头的同轴矩形波导转换器


  其仿真曲线如图所示

设计:高频段下带SMA接头的同轴矩形波导转换器

图4 改进后SMA-BJ220转换器的仿真曲线

  由图4的仿真曲线可以看出,在标准矩形波导BJ220工作的频带范围17.6-26.7GHz内,转接器的反射系数在-27dB以下,即驻波系数小于1.05。并且由于过渡圆孔的抑制作用,由高次模产生的谐振尖峰也被提高到35.6GHz,移出了转接器的工作频带。故通过这种改进,SMA接头认可运用于高于18GHz的场合。

  由图5可见,经改进后的SMA-BJ220转换器的实际性能指标为:转换器反射系数在-15dB以下的工作频带被拓展到17.6-31.6GHz;在波导BJ220单模传输工作的频带范围17.6-26.7GHz内,其反射系数为-16dB以下;通过过渡圆孔的抑制作用,谐振尖峰被提高到了32.3GHz。在通带内的反射系数,仿真曲线和实际测量曲线存在一定差异,其主要原因在于该转换器体积只有24.3*22.4*22.4 设计:高频段下带SMA接头的同轴矩形波导转换器,加工时相对误差较大;以及在仿真过程中,并未考虑SMA接头自身在连接时的微波反射。

 设计:高频段下带SMA接头的同轴矩形波导转换器

图6 改进后SMA-BJ220转换器的实测曲线

  4 结论

  本文介绍了我们在对从同轴线到矩形波导之间波型变换做的一些研究。同轴-矩形波导转换器目前已广泛应用于各个微波系统,每年的生产、需求量都很大。而通过本文所述技术,可以采用价格低廉的SMA接头来代替其他性能优越、价格昂贵的接头,从而有效的削减了生产成本。目前,我们正在进一步探讨这项新技术及其在大规模生产方面所面临的问题。本文所述技术都申请了专利保护。

 

公司简介

宜科(天津)电子有限公司是中国工业自动化的领军企业,于2003年在天津投资成立,销售和服务网络覆盖全国。作为中国本土工业自动化产品的提供商和智能制造解决方案的供应商,宜科在汽车、汽车零部件、工程机械、机器人、食品制药、印刷包装、纺织机械、物流设备、电子制造等诸多领域占据领先地位。宜科为智慧工厂的整体规划实施提供自系统层、控制层、网络层到执行层自上而下的全系列服务,产品及解决方案涵盖但不局限于云平台、MES制造执行系统、工业现场总线、工业以太网、工业无线通讯、机器人及智能设备组成的自动化生产线、自动化电气控制系统集成、智能物流仓储系统等,以实现真正智能化的生产制造,从而带来生产力和生产效率的大幅提升,以及对生产灵活性和生产复杂性的管理能力的大幅提升。多年来,宜科以创新的技术、卓越的解决方案和产品坚持不懈地为中国制造业的发展提供全面支持,并以出众的品质和令人信赖的可靠性、领先的技术成就、不懈的创新追求,在业界独树一帜。帮助中国制造业转型升级,加速智能制造进程,成为中国工业4.0智慧工厂解决方案当之无愧的践行者。

更多详情>>

联系我们

  • 联系人:章清涛
  • 热线:18611695135
  • 电话:
  • 传真:
  • 邮箱:18210150532@139.com

Copyright © 2015 ilinki.net Inc. All rights reserved. 智汇工业版权所有

电话:010-62314658 邮箱:service@ilinki.net

主办单位:智汇万联(北京)信息技术有限公司

京ICP备15030148号-1