一种基于波导H面的Ka波段宽带功率合成网络详细教程

毫米波矩形波导电桥在毫米波雷达和通信系统的功分器中扮演了相当重要的角色。在毫米波段,矩形波导耦合器可以弥补Wilkinson等微带型功分器损耗过大、隔离度太小的缺陷,是毫米波功分器中不可缺少的重要部件。基于矩形波导的功率分配/合成网络由于本身低损耗、应用频率高的特点成为研究人员的研究重点。在毫米波段,对于二进制功率分配波导单元结构多采用3-dB 波导E-面分支结构,该波导分支结构具有低损耗、高隔离度及结构紧凑等特点,但是由于受到机械加工的影响,波导分支数有一定的限制,这样会导致在毫米波段波导分支结构的带宽受到严格的限制。

在功率合成技术中,采用宽频带特性的功率合成网络,可以大幅度提高系统的输出功率。Louis W. Hendrick等学者提出了一种窄臂短槽的宽带电桥,这种宽带耦合是由于在耦合的一个公共区域内TE30模逐渐消失的作用,这样会导致奇偶模电路电长度的改变,从而实现宽带特性。运用这种结构,实现了紧凑的结构和宽带特性。

本文基于该学者的理论提出了一种基于波导H-面的Ka波段宽频带功率合成网络,该功分网络可以实现近7.5GHz的带宽,在29.5-37GHz范围内,两端口的幅度差小于0.4dB,回波损耗小于-19.5dB。

2 基于波导H-面的Ka波段宽频带功率合成网络理论分析 本文所提出结构是通过H面阶梯不连续性多模等效电路模型分析而得。图1所示的例子是一个H面两级阶梯的定向耦合器,由于该电路结构仅在H面这个面上变化,所以由于TE10模的激励,磁场的方向与H面平行。此外,电路有两个可以折叠的对称面:AA和BB,所以可以把四个端口看成四个一样的端口进行分析,该端口的划分依据是根据平面的奇偶模激励用电场和磁场边界沿着两个对称面进行划分(如图所示2)。在这种情况下,散射矩阵单元散射矩阵单元可以通过四端口的反射系数:推导得出:

下标e和o分别代表对称面的奇模和偶模,与此对应的第一个下标对应的是AA面和BB面。

一种基于波导H面的Ka波段宽带功率合成网络详细教程

图1 两级阶梯型定向耦合器

接下来考虑的是如图2所示的四分之一的一个端口的电路,这个结构是由一个两级阶梯结构成,这个阶梯结由三个波导的电场窄臂或磁场窄臂构成。三个多模式导引级联会产生阶梯的不连续性。所以由此可以推导出如图3所示的多模等效电路模型,每个导引在阶梯不连续性的等效模式电压和电流互相耦合如下式:

一种基于波导H面的Ka波段宽带功率合成网络详细教程

图2 四分之一端口剖面图

一种基于波导H面的Ka波段宽带功率合成网络详细教程

图3 多模等效电路模型

    下标分别代表每个波导H面的模数,代表相连波导的模型耦合系数,它是由分界面模式匹配决定。如果假定输入波导端逐渐消失的高次模端接他们的特性阻抗,输出波导端的传播和非传播模式端接从短路或者开路电路终端看去的输出阻抗,那么就可以推导出每个激励下的反射系数,从而得出整个电路的散射矩阵 。

3 基于波导H-面的Ka波段宽频带功率合成网络设计及仿真 通过对基于波导H-面阶梯型定向耦合起的理论分析,根据其理论设计了基于波导H面的一级阶梯定向耦合器。本文设计该矩形波导电桥的方法是主要利用HFSS三维电磁场仿真软件进行设计。通过建立模型,设置边界,进行参数扫描和优化,数据处理,绘制仿真图形,得到最终结构尺寸。这种方法的核心主要是参数扫描和优化,需要花费大量时间和精力。但是由于方法比较简便,利用计算机软件完成大量计算,尤其对于毫米波段波导结构器件的设计相当有用。利用HFSS仿真结构如图4如下:

一种基于波导H面的Ka波段宽带功率合成网络详细教程

图4 基于波导H面一级阶梯定向耦合器

一种基于波导H面的Ka波段宽带功率合成网络详细教程

图5 合成网络的功分幅度

仿真结果如图5和6所示,在29GHz-37GHz宽频带的范围内,功分网络的四路幅度不平衡度小于0.5dB,相位也取得了很好的一致性,并且输入端的回波损耗小于-17dB。通过仿真结果可以看出,其虽然达到了所需的宽频带特性的要求,但是在整个频带内,幅度不平衡度及回波损耗的效果不是很好。

一种基于波导H面的Ka波段宽带功率合成网络详细教程

图6 合成网络的回波损耗及隔离度

本文基于一级阶梯设计的方法和理论又提出了二级阶梯定向耦合器,与一级阶梯耦合器区别是在公共耦合器的区域内,一级阶梯变成了二级阶梯,通过这样的变化,实现耦合区域范围内的阻抗渐变,从而可以实现较低的回波损耗,幅度的不平衡度也有所改善。利用HFSS仿真如图7所示:

一种基于波导H面的Ka波段宽带功率合成网络详细教程

图7 基于波导H面二级阶梯定向耦合器

一种基于波导H面的Ka波段宽带功率合成网络详细教程

图8 合成网络的功分幅度

仿真结果如图8和9所示,在29.5GHz-37GHz的范围内,功分网络的四路幅度不平衡度小于0.4dB,相位也取得了很好的一致性,并且输入端的回波损耗小于-19.5dB。

一种基于波导H面的Ka波段宽带功率合成网络详细教程

图9 合成网络回波损耗及隔离度

通过以上两种结构的仿真结构对比,二级阶梯耦合在功分幅度不平衡度、输入端回波损耗及隔离度等性能方面,都比一级阶梯结构有了较明显的改善。

4 结论 本文在Louis W. Hendrick等学者的基础上,提出了一种基于波导H-面的Ka波段宽频带功率合成网络。该合成网络是基于H面阶梯不连续性多模等效电路模型提出的,通过对阶梯定向耦合器的设计分析,基于波导H-面的阶梯型定向耦合器具有宽频带特性,并且随着级数的增加其性能具有明显的改善。从仿真结果来看,该结构具有宽频带、低回波损耗、较高的隔离度等特性,这些都是获得高效率合成的必备条件之一。


最受欢迎的新型传感器之一:单芯片雷达片上系统

10次阅读 2018-05-16

5G是将改变社会生活的通用技术,天线数量将增加贯穿5G进程

77次阅读 2018-05-14

QORVO推出最新一代RF Flex产品组合,扩展其 RF前端(RFFE)产品系列

34次阅读 2018-05-14

是德科技宣布将继续与中国移动通信集团公司(CMCC)合作开发 5G 技术

190次阅读 2018-05-11

Holtek新推出内置可编程编码器的整合式无线发射芯片BC2161

28次阅读 2018-05-10

射频滤波器在手机终端射频前端中的地位和数量

223次阅读 2018-05-10

剖析MEMS的几种RF相关应用产品SAW,BAW, FBAR filter

456次阅读 2018-05-10

Ceyear 4051助您应对毫米波测试的挑战详细讲解

56次阅读 2018-05-09

220GHz无源三倍频器设计详细讲解

325次阅读 2018-05-08

光栅传感器的结构及工作原理详细讲解

82次阅读 2018-05-07

贸泽电子即日起备货NXP Semiconductors的S32R274雷达微控制器

50次阅读 2018-05-04

基于物联网应用的超高频RFID阅读器详细讲解

74次阅读 2018-05-03

浅谈RFID城市地下管线管理系统

45次阅读 2018-05-03

COMSOL-RF模块电磁波透射率计算问题的详细探讨

45次阅读 2018-05-03

5G还没来,但有几点是现在知道的,手机必须换啊!

120次阅读 2018-05-03

基于物联网应用的超高频RFID阅读器解析

67次阅读 2018-05-02

顶部抑制和水平面全向辐射的平面背腔天线解析

40次阅读 2018-05-02

射频电缆、双绞线与串扰的详细讲解教程

75次阅读 2018-05-02

10GHz~90GHz宽口径变温噪声源详细解析

74次阅读 2018-05-02

12.5GHz 4×4微带天线阵列的设计详细教程

78次阅读 2018-05-02

U波段鳍线单平衡混频器的设计解析

38次阅读 2018-05-02

干货!有源相控阵的天线设计的核心:T/R组件

88次阅读 2018-05-02

大神都这样做!射频计的热管理从选择电路板开始

52次阅读 2018-05-02

小型双频段射频能量接收天线设计超详细讲解

56次阅读 2018-05-02

微波热疗天线的设计与优化解析

168次阅读 2018-05-02

基于DDS驱动PLL结构的Ka波段频率综合器详细教程

35次阅读 2018-05-02

基于FPGA的软件无线电平台设计详细教程

47次阅读 2018-05-02

带阻频率选择表面的设计详细教程

37次阅读 2018-05-02

高级RF收发器满足SDR应用的需求教程

313次阅读 2018-05-02

开拓思维想法,为射频芯片增加可编程功能教程

61次阅读 2018-05-02

射频接收芯片结构的“秘密”拆解

80次阅读 2018-05-02

一种新型四路毫米波空间功率合成技术讲解

98次阅读 2018-05-02

W波段八次谐波混频器设计讲解教程

78次阅读 2018-05-02

浅谈射频接收芯片结构选择的几个要点

124次阅读 2018-05-02

单片射频控制器促进Doherty放大器在更多射频应用中的使用教程

175次阅读 2018-05-02

Ka波段并联电感销钉LTCC滤波器教程讲解

37次阅读 2018-05-02

全面剖析雷达电路的电磁干扰和EMC设计方案

36次阅读 2018-05-02

RFID导购机器人导航与控制系统的设计方案研究详细教程

52次阅读 2018-05-02

基于RFID的二维室内定位算法的实现详细教程

54次阅读 2018-05-02

射频采样:过采样是如何欺骗物理学的

302次阅读 2018-05-02

LitePoint亚太区技术总监谢定龚:5G毫米波端到端测试方案

1546次阅读 2018-04-28

应用于毫米波人体成像技术的宽带Ka波段收发链路的设计

24次阅读 2018-04-27

无线电频段划分和毫米波典型应用

324次阅读 2018-04-27

牛逼吧!Vishay 推出业内首款应用于高频RF和微波的 MLCC

182次阅读 2018-04-27

中磊发表全球首台LWA小基站,标志着5g网路发展逐渐成熟

90次阅读 2018-04-26

浅谈Molex 的 BNC 射频连接器与组件改善查看体验

71次阅读 2018-04-26

牛逼!Pasternack推出覆盖8GHz~46GHz频率范围的有源倍频器

51次阅读 2018-04-26

快速了解Pasternack推出的高性能USB控制锁相环频率合成器

40次阅读 2018-04-26

Pasternack推出覆盖18~110GHz的波导直读式衰减器随时发货

33次阅读 2018-04-26

手动制作2.4G全向天线的方法详细教程

353次阅读 2018-04-26

抢先看!横河系列无纸记录仪和GM系列数据采集系统的R4版发布

76次阅读 2018-04-26

三大场景带你深入了解 5G对射频前端器件的挑战

76次阅读 2018-04-26

高通唯一推荐:RDA 4G射频功放芯片通过高通平台认证

46次阅读 2018-04-26

带你了解Pasternack推出连接器设计的快速连接射频衰减器

28次阅读 2018-04-26

厉害了!RDA推出超高频TDD LTE-A射频功率放大器

266次阅读 2018-04-26

快速了解小型射频功放晶体管可为射频能量应用提供600W功率

40次阅读 2018-04-26

三阶互调的计算及IP3测试原理和方法详细讲解教程

323次阅读 2018-04-26

快速了解射频连接器解决方案 满足下一代移动网络的需求

63次阅读 2018-04-26

QORVO全新碳化硅基氮化镓放大器对降低电信基础设施成本很重要

61次阅读 2018-04-25

一文了解手机刷公交成NFC新机遇,能否借机逆袭二维码?

188次阅读 2018-04-25

美国一公司推出列新型射频及微波功率放大器配件

252次阅读 2018-04-25

FineLine获得射频识别标签新专利,到底有啥用处的呢!

61次阅读 2018-04-25

RFID芯片会成为无人零售新“宠儿”?但是有一缺点难以克服

97次阅读 2018-04-25

关于ISM波段半双工RF芯片的TDD通信方案

24次阅读 2018-04-25

新型波导同轴转接头被推出:工作频率为1.7GHz~110GHz

46次阅读 2018-04-25

国内射频产业现状:与海外巨头差距明显,还需加油努力

83次阅读 2018-04-25

中国梦即将实现!长光华芯志在改变中国激光“有器无芯”

67次阅读 2018-04-25

QORVO和Ayla Networks联手开发基于ZigBee的物联网网关

87次阅读 2018-04-25

厉害了!Powermat无线充电技术与全新苹果iPhone系列完全兼容

61次阅读 2018-04-25

为什么射频前端的一体化设计决定下一代移动设备?

224次阅读 2018-04-25

EMC对策产品:高电容紧凑型汽车贯通滤波器了解一下

42次阅读 2018-04-25

一分钟了解美景微波引入新的E和W波段pin二极管波导开关

63次阅读 2018-04-25

安谱隆半导体宣布推出600W功率放大器晶体管

120次阅读 2018-04-25

超详细讲解!RFID射频技术,电子标签/无线射频识别/电子条码原理

165次阅读 2018-04-25

中国再次研究出黑科技!米波雷达潜力巨大,先天具反隐身优势

114次阅读 2018-04-25

三分钟看完你就了解 5G商业化之路到底有多争分夺秒!

115次阅读 2018-04-25

NI双维度布局5G毫米波测试 助力客户抢位5G时代

259次阅读 2018-04-25

NI为半导体行业提供完整测控解决方案 将为5G、毫米波等发展带来便利

77次阅读 2018-04-24

频域内电磁波仿真所使用多种域和边界条件

743次阅读 2018-04-21

两款RF MEMS开关设计固有的“逆天”性能

950次阅读 2018-04-20

6张图告诉你为什么RF功率放大器的带宽越来越宽、功率越来越高

163次阅读 2018-04-18

四点让你认知无线电(Cognitive Radio)的主要组成部分

161次阅读 2018-04-18

IPEX RF三代天线座承认书及规格书参考资料pdf下载

95次阅读 2018-04-13

IPEX RF一代天线座承认书及规格书参考资料pdf下载

47次阅读 2018-04-13

IPEX RF四代天线座承认书及规格书参考资料pdf下载

104次阅读 2018-04-13

国内毫米波车载雷达行业存在的问题和差距

4166次阅读 2018-04-12

基于ATmega8的无线智能跳频数码扩音器设计方案

153次阅读 2018-04-08

看看联发科英特尔华为5G手机厂商的5G商用热身运动

1056次阅读 2018-04-06

探秘DARPA正在研发的毫米波数字阵列技术是什么

317次阅读 2018-04-02

用于UHF频段射频识别系统的小型右手圆极化四臂螺旋天线设计方案

1642次阅读 2018-03-31

24GHz毫米波雷达系统

692次阅读 2018-03-12

【AD新闻】三星被曝缺乏毫米波经验,5G基带研发遇瓶颈

840次阅读 2018-01-28

猎头岗位:高级天线工程师(深圳)

841次阅读 2017-06-27

延伸阅读:

    无相关信息
标签:波段解说

上一篇:我省首部X波段新一代天气雷达将落户德令哈

下一篇:返回列表

留言与评论(共有 0 条评论)
   
验证码: