3dB波导短缝耦合器设计

Jacktang

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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）






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





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。





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。





图4、驻波优化后的短缝耦合器模型及仿真结果

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很复杂啊