第6章1 形状模式极化转换器

1、A、过渡转换元件与耦合、过渡转换元件与耦合过渡转接元件过渡转接元件形状（模式）转换形状（模式）转换波型转换波型转换极化转换器极化转换器 要求：阻抗匹配、模式匹配，频带宽、功率容量大，能有要求：阻抗匹配、模式匹配，频带宽、功率容量大，能有效地抑制杂波效地抑制杂波。 既要保证形状转换时既要保证形状转换时阻抗阻抗的匹配，又要保证工作的匹配，又要保证工作模式模式的转的转换。换。微波从一种传输系统过渡到另一种传输系统时，需要用于转微波从一种传输系统过渡到另一种传输系统时，需要用于转换器（转换接头）。换器（转换接头）。可分：可分：形状（模式或波型）形状（模式或波型）转换器和转换器和极化极化转换器。转换器。

2、 多用于不同波导多用于不同波导/传输线结构间的转换，或不同工作模式之传输线结构间的转换，或不同工作模式之间的过渡。间的过渡。形状（模式或波型）转换器形状（模式或波型）转换器同轴同轴- -波导转换波导转换19_151.1、 波导波导-同轴线转换器同轴线转换器是连接同轴线与波导的元件。是连接同轴线与波导的元件。同轴线波导 同轴线的一端加信号，另一端的内导体伸入矩形波同轴线的一端加信号，另一端的内导体伸入矩形波导内，则导内，则同轴线的同轴线的TEM模就会激励起矩形波导的模就会激励起矩形波导的H10模模；反之亦然。反之亦然。 为使同轴线与波导相为使同轴线与波导相匹配匹配, 要调节同轴线的要调节同轴线的

3、插入深度插入深度、与与波导宽边中心的距离及短路活塞的位置波导宽边中心的距离及短路活塞的位置。波导波导同轴转换同轴转换为了提高转换为了提高转换效率，可调节效率，可调节探针深度和短探针深度和短路活塞位置。路活塞位置。 1.2、波导波导微带转接器微带转接器 通常在波导与微带线之间通常在波导与微带线之间加一段脊波导过渡段加一段脊波导过渡段（或采用渐（或采用渐变型过渡）来实现阻抗匹配。变型过渡）来实现阻抗匹配。 波导微带 采用脊波导来过渡，是因为标准矩形波导的等效阻抗要比微带脊波导来过渡，是因为标准矩形波导的等效阻抗要比微带线的特性阻抗（线的特性阻抗（50W W）高得多的缘故。）高得多的缘故。采用宽带阶

4、梯加脊波导（实即由一些减高波导段组成）采用宽带阶梯加脊波导（实即由一些减高波导段组成）时，时，4 4个阶梯个阶梯就可提供全频段带宽。就可提供全频段带宽。也可采用探针实现波导也可采用探针实现波导-微带过渡微带过渡2.1、 同轴线同轴线微带转接器微带转接器 与微带连接处的同轴线内导体直径的选取与微带线的特与微带连接处的同轴线内导体直径的选取与微带线的特性阻抗有关，性阻抗有关，通常使内导体直径等于微带线宽度。通常使内导体直径等于微带线宽度。 同轴线微带 如由于连接处的不均匀性会引起反射，可将直径为如由于连接处的不均匀性会引起反射，可将直径为1mm的同轴线内导体延伸出的同轴线内导体延伸出2mm左右进行

5、补偿。采用此结构，能在左右进行补偿。采用此结构，能在10GHz以下频带范围内获得小于以下频带范围内获得小于1.15的电压的电压驻波比。驻波比。2.2、同轴同轴槽线转换槽线转换同轴线外导体与同轴线外导体与槽槽的一边相连，延伸出的同轴内导体弯成大约的一边相连，延伸出的同轴内导体弯成大约45，与，与槽槽的另一边相连，的另一边相连，槽槽的一端被短截，它和连接处有一适当的距离，该距离随的一端被短截，它和连接处有一适当的距离，该距离随工作频率的不同进行调整，以使阻抗匹配良好，场得到有效激励。工作频率的不同进行调整，以使阻抗匹配良好，场得到有效激励。2.3、同轴、同轴共面波导转换共面波导转换3.1、微带微带

6、槽线转换槽线转换槽线短路微带（底侧）缝隙（槽线槽线）天线开口导体转换部分槽线槽线与微带可成直角，也可成一定角度，以便达到最佳耦合。与微带可成直角，也可成一定角度，以便达到最佳耦合。3.2、微带微带共面带状线转换共面带状线转换3.3、微带微带共面波导转换共面波导转换1) 通过带状连接器连接共面波导和微带线通过带状连接器连接共面波导和微带线 微带线的介质基片用粘合剂结合到共面波导上的接地平面微带线的介质基片用粘合剂结合到共面波导上的接地平面. 开路端的开路端的 CPW 中心导带和微带线的导带使用金带连接，开路端的传输中心导带和微带线的导带使用金带连接，开路端的传输线等效并联电容同金带的等效电感串联

7、，形成一个线等效并联电容同金带的等效电感串联，形成一个型等效电路。型等效电路。 该电路具有低通特性，对于高宽带，并联电容和串联电感必须要很小。该电路具有低通特性，对于高宽带，并联电容和串联电感必须要很小。2)不带底层接地面共面波导通过电磁场耦合连接微带线不带底层接地面共面波导通过电磁场耦合连接微带线n微带线和共面波导分别在各自的介质上，微带线和共面波导分别在各自的介质上，n微带线在共面波导上面并且两种传输线共享同一个地平面，微带线在共面波导上面并且两种传输线共享同一个地平面，n两种传输线的导带如图重合在一起。两种传输线的导带如图重合在一起。n无通孔无通孔共面波导与微带线转接头的结构主要表现为信

8、号线共面波导与微带线转接头的结构主要表现为信号线的连接，两者地结构的断开的连接，两者地结构的断开,等效电路结构如图等效电路结构如图 所示。所示。 由等效电路结构图可看出，无通孔结构由等效电路结构图可看出，无通孔结构 CPW 两侧的地结构与微带线的地两侧的地结构与微带线的地结构不直接连接，这样从结构不直接连接，这样从 CPW 到微带线的过渡等效为在共面波导地结构到微带线的过渡等效为在共面波导地结构与微带线地结构之间串联了一个等效电容。与微带线地结构之间串联了一个等效电容。正是因为这个电容的存在，使得无通孔结构在低频时表现出截止特性。正是因为这个电容的存在，使得无通孔结构在低频时表现出截止特性。随

9、着共面波导与微带线地结构的的变化，等效的电容也会随之变化随着共面波导与微带线地结构的的变化，等效的电容也会随之变化. 可以可以通过改变传输线结构来改善低频特性，以提高转接头的传输特性。通过改变传输线结构来改善低频特性，以提高转接头的传输特性。3)底层带接地面共面波导通过电磁场耦合无通孔连接微带线底层带接地面共面波导通过电磁场耦合无通孔连接微带线n将共面波导和微带线通过共同连续的导带结构加工在同一块介质基片上。将共面波导和微带线通过共同连续的导带结构加工在同一块介质基片上。4) 通过通孔连接共面波导和微带线通过通孔连接共面波导和微带线5）通过正交直接连接共面波导和微带线）通过正交直接连接共面波导

10、和微带线 从顶部连接时，为了使得共面波导导带和微带线导带可以直接连接，共面波从顶部连接时，为了使得共面波导导带和微带线导带可以直接连接，共面波导导带必须短一些，使得特征阻抗大于导导带必须短一些，使得特征阻抗大于 50 欧姆，为了更好地过渡，必须考虑欧姆，为了更好地过渡，必须考虑阻抗匹配的问题阻抗匹配的问题. 底部直接连接时，转接头的微带线的地平面必须要具有一个开路结构底部直接连接时，转接头的微带线的地平面必须要具有一个开路结构以防止与共面波导短路。以防止与共面波导短路。 n总之总之,共面波导与微带线转接头结构主要可以分成三种：共面波导与微带线转接头结构主要可以分成三种：焊线连接转接头，无通孔连

11、接转接头，通孔连接转接头。焊线连接转接头，无通孔连接转接头，通孔连接转接头。焊线连接焊线连接的共面波导和微带线转接头，由于二者场不匹配，焊线的共面波导和微带线转接头，由于二者场不匹配，焊线会产生高反射，引入非期望的电容。会产生高反射，引入非期望的电容。通孔连接通孔连接的共面波导和微带线转接头类似的共面波导和微带线转接头类似.无通孔连接无通孔连接的共面波导实现了电磁场在共面波导和微带线地之间的共面波导实现了电磁场在共面波导和微带线地之间的耦合，无通孔的连接转接头制造工艺简单，极小的寄生电阻。的耦合，无通孔的连接转接头制造工艺简单，极小的寄生电阻。4.1、共面波导共面波导槽线转换槽线转换一种超宽带

12、非对称共面波导-槽线转接器的研究4.2、共面波导共面波导共面带状线转换共面带状线转换5、槽线槽线共面带状线转换共面带状线转换1110HH 矩形波导矩形波导 - 园波导模式变换器，大多采用横截面的连续而缓慢的园波导模式变换器，大多采用横截面的连续而缓慢的变化来达到模式的变换，这是基于场分布对边界条件的依从关系。变化来达到模式的变换，这是基于场分布对边界条件的依从关系。6、矩形波导矩形波导圆波导模式变换器圆波导模式变换器 为了将电磁能量从矩形波导传入圆波导，要求两波导内工作为了将电磁能量从矩形波导传入圆波导，要求两波导内工作模式的相速相等，即两模式的截止波长相同，由此可求得圆模式的相速相等，即两模

13、式的截止波长相同，由此可求得圆波导的半径波导的半径R方方-圆过度波导：圆过度波导：)()(1110OCCTETE口即即2a=3.42R，R=2a/3.41=0.6a模式变换器模式变换器, 主要用于微波铁氧体器件主要用于微波铁氧体器件, 可变衰减器可变衰减器及可变移相器中。及可变移相器中。 模式转换器模式转换器 前面同轴波导激励器和方圆波导转换器等的设计中，一前面同轴波导激励器和方圆波导转换器等的设计中，一方面要保证形状转换时阻抗的匹配，以保证信号有效传送；另方面要保证形状转换时阻抗的匹配，以保证信号有效传送；另一方面要保证工作模式的转换。一方面要保证工作模式的转换。极化转换器极化转换器另一类转

14、换器是极化转换器另一类转换器是极化转换器, 由于在雷达通信和电子干由于在雷达通信和电子干扰中经常用到扰中经常用到圆极化圆极化波波, 而微波传输系统往往是而微波传输系统往往是线极化线极化的的, 为此为此需要进行极化转换需要进行极化转换, 这就需要极化转换器。这就需要极化转换器。7 7、圆极化、圆极化- -线极化变换器线极化变换器n由电磁场理论由电磁场理论, 圆极化波可以分解为在空间互相垂直、相圆极化波可以分解为在空间互相垂直、相位相差位相差90而幅度相等的两个线极化波而幅度相等的两个线极化波; 线极化波可分解线极化波可分解为在空间互相垂直、大小相等、相位相同的两个线极化波为在空间互相垂直、大小相

15、等、相位相同的两个线极化波, 只要设法将其中一个分量产生附加只要设法将其中一个分量产生附加90相移相移, 再合成即是再合成即是圆极化波。圆极化波。n常用的线常用的线-圆极化转换器有两种圆极化转换器有两种: 多螺钉极化转换器多螺钉极化转换器和和介质介质极化转换器极化转换器。图 5 6 极化转换器l123 mm6.4 mm51对2R61.9 mm(a)yEuEuz(b)EvEv12OEmin x多螺钉极化转换器介质极化转换器多螺钉极化转换器和介质极化转换器这多螺钉极化转换器和介质极化转换器这都是慢波结构都是慢波结构, 其相速其相速要比空心圆波导小。要比空心圆波导小。 多螺钉极化转换器多螺钉极化转换器如果变换器输入的是线极化波如果变换器输入的是线极化波, 其其TE11模的电场与慢波模的电场与慢波结构所在平面成结构所在平面成45角角, 这个线极化分量将分解为垂直和平行这个线极化分量将分解为垂直和平行于慢波结构所在平面的两个分量于慢波结构所在平面的两个分量Eu和和Ev, 它们在空间互相垂直它们在空间