圆形槽波导-波纹圆形槽波导模式变换器的仿真设计

应用基于有限元方法的仿真软件HFSS,分析和设计了圆形槽波导-波纹圆形槽波导模式变换器。变换器由具有渐变波纹深度的波纹圆形槽波导构成,可实现TE11到HE11的模式转换。分析表明,变换器的长度和第一个波纹的深度是影响其性能的主要因数。在保持变换器优化长度不变的条件下,调整波纹周期、增加波纹数目和波纹宽度对改善变换器的性能效果不明显。所设计的具有5个渐变深度波纹的模式变换器,在中心频率36GHz上回损可达30dB。变换器实测的结果与仿真分析之结论吻合较好。

波纹圆形槽波导的导体损耗特性

计及了空间谐波和槽内高阶模的影响,文中推导了波纹圆形槽波导传输主模HE1(11)的导体损耗计算公式。在一阶近似的条件下,给出了衰减常数随工作频率、波导内径和波纹凹槽内外径之比的变化曲线。结果表明,波导的纵向开槽可有效地降低波导的导体损耗。此外,随着内壁上波纹凹槽的内外径之比由大而小,衰减常数将在更大的波导内径下取得极小值,这提示器件的传输功率容量将可得到提高。

波纹圆形槽波导的色散特性

依据弗洛奎定理,在考虑空间谐波影响的情况下,利用边界场的连续性条件,导出了波纹圆形槽波导的色散方程。在此基础上进一步通过数值计算,分析了波导的几何结构参数对其传输主模HE11的低频截止点、高频截止点和快慢波分界点的影响,从而得到了波导的色散特性。数值分析结果表明,改变波导波纹凹槽的外、内径之比(b/a),可影响传播模式的频宽;调整纵向开槽的宽度(c/a)则可有效抑制高阶模的产生,这有助于扩展单模传输的频带宽度。文章最后利用波导谐振腔法测量了波导波长,实验值与理论值符合良好。