L波段大功率小型化同軸-共面波導(dǎo)型定向耦合器設(shè)計.pdf

1、高功率微波（HPM: High Power Microwave）輻射場測量是高功率微波技術(shù)的重要研究內(nèi)容之一，是評估HPM源系統(tǒng)固有性能及效應(yīng)試驗結(jié)果的主要手段。常用HPM輻射場測量系統(tǒng)是由接收天線、衰減環(huán)節(jié)、檢波環(huán)節(jié)等部分組成，考慮到被測場具有峰值功率高的特點，測量系統(tǒng)前端的接收天線和衰減環(huán)節(jié)常選用具有較高功率容量的波導(dǎo)型器件，對 L波段而言，波導(dǎo)型器件幾何尺寸較大，由其構(gòu)成的輻射場測量系統(tǒng)體積大、重量重，不便于在外場測試時使用，同時

2、測量系統(tǒng)間的互耦影響也限制了陣列法測量總功率時能夠使用的陣元數(shù)量，增大了積分誤差，降低了輻射場測量的精度。因此研究適用于L波段的小型化HPM輻射場測量系統(tǒng)具有重要意義。
　　本論文針對上述問題，開展了 L波段大功率小型化定向耦合器的研究設(shè)計工作：
　　1．在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，分析了定向耦合器的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了影響定向耦合器設(shè)計的三個重要指標，即功率容量、頻帶范圍及體積尺寸；從滿足指標要求的角度給出了定向耦合器的小型化設(shè)計原則

3、，即在保證功率容量的同時減小耦合器橫截面積、在保證方向性滿足指標要求的同時縮短耦合結(jié)構(gòu)長度；并根據(jù)該原則確定了小型化定向耦合器的結(jié)構(gòu)形式：選用外矩內(nèi)圓形同軸線作為定向耦合器的主線，在保證功率容量的同時，減小了主線橫截面積；副線不需具有較高的功率容量，選用結(jié)構(gòu)緊湊的金屬底板共面波導(dǎo)作為定向耦合器的副傳輸線，進一步減小了副線的橫截面積；用菱形縫隙代替多孔陣列作為定向耦合器的耦合結(jié)構(gòu)，在拓寬耦合器頻帶范圍的同時，縮短了耦合結(jié)構(gòu)長度。為 L波段

4、大功率小型化定向耦合器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化明確了方向。
　　2．利用小孔耦合理論結(jié)合微元法推導(dǎo)給出了菱形縫隙耦合度及方向性的表達式，分析了菱形縫隙結(jié)構(gòu)尺寸與其耦合特性參數(shù)之間的關(guān)系，即菱形縫隙的短對角線長度2s與耦合度C基本呈線性關(guān)系、菱形縫隙長對角線長度2L在一倍波長范圍內(nèi)取適當(dāng)值時即可滿足方向性大于20dB；并在此基礎(chǔ)上，利用電磁仿真軟件建立了定向耦合器的數(shù)值計算模型，驗證了理論分析所得結(jié)論，最終給出了適用于 L波段的定向耦合器結(jié)構(gòu)尺寸

5、，仿真計算結(jié)果表明，該尺寸定向耦合器在1GHz~2GHz范圍內(nèi)，耦合度約為50dB，帶內(nèi)平坦度約為1.5dB，方向性大于17dB。3．加工了小型化定向耦合器及相應(yīng)的轉(zhuǎn)換接頭，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試了低功率下耦合器的特性參數(shù)；結(jié)合同軸饋電天線及檢波組件等器件搭建了小型化的L波段高功率微波輻射場測量系統(tǒng)，在大功率微波輻射場中與傳統(tǒng)波導(dǎo)型測量系統(tǒng)進行了比對實驗，驗證了小型化測量系統(tǒng)的功率容量。
　　實驗結(jié)果表明，設(shè)計所得定向耦合器在1G