高功率16路功分器的设计雨后晴天
第47卷第1期
2012年2月
西南交通大学JOURNALOFSOUTHWESTJIAOTONGUNIVERSITY
V o1.47No.1
Feb.2012
文章编号:0258-2724(2012)01-0121-06DOI:10.3969/j.issn.0258-2724.2012.01.020 高功率16路功分器的设计
张健穹，刘庆想，李相强，赵柳
卷发短发(西南交通大学物理科学与技术学院，四川成都610031)
摘要：为满足高功率微波辐射天线对其馈电系统的要求，针对现有高功率多路功分器的不足，研制了一种新
型的高功率16路功分器.该功分器由同轴波导_4路矩形波导,H-T分支和波导同轴转换3个元件构成，其16路
输出具有等幅同相的功率分配特性.设计了中心频率为2.85GHz的功分器，并对其进行了数值计算和试验研
究.试验结果表明：该功分器在中心频率2.85GHz下，传输损耗约0.4dB，驻波系数为1.3，输出功率不平衡度约
±0.7dB，相位不平衡度约±5.；在2.78—2.92GHz的频率范围内(中心频率的5%带宽)，传输损耗小于
0.6dB，驻波系数小于1.5.分析结果还表明，该功分器的功率容量瓶颈在输入同轴波导处，与内部其他结构无
关，因而可实现对高功率微波源输出功率的分配.
关键词：高功率功分器；径向线；多路；矩形波导;H-T分支
中图分类号:TN626文献标志码:A
Designof16-WayHighPowerDivider
ZHANGJianqiong,LIUQingxiang,LIXiangqiang,ZHAOLiu (CollegeofPhysicsScienceandTechnology,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu6100 31,China)
Abstract:Inordertomeettherequirementforthefeedingsystemofhighpowermicrowave(H PM)
四大国石
杜甫七言绝句radiationantennaandovercometheshortageofcurrentmulti—porthighpowerdivider,anovel16-way
highpowerdividerwasdeveloped.Thenovelhighpowerdivideriscompodofcoaxialwave guide一4-
wayrectangularwaveguide,H-Tbranchandrectangularcoaxialwaveguide,andthe16outpu tsofthe dividerarecharacterizedofequivalentamplitudesandphas.The16-wayhighpowerdivide rwas
designedandtestedwithacenter~equencyof2.85GHz.Theexperimentresultsshowthatatth e
center~equency,theinrtionlossisabout0.4dB,thevoltagestandingwaveradio(VSWR)is about1.3,spectively.Inth e
rangeof2.78to2.92GHz(5%bandwidthofthecenter~equency),theinrtionlossandtheVS WR
arebelow0.6dBand1.5respectively.Theinputcoaxialwaveguideisthebottleneckofthepow er capacityofthedividerSOthatthischaracteristicpermitsthedividertorealizethepowerdividi ngof
HPMsource.
Keywords:highpowerdivider;radialline;muhiport;rectangularwaveguide;H—Tbranch 随着高功率微波辐射技术的发展，学者们研究吉安一中
了各式各样的高功率辐射天线.高功率径向线阵列
天线(子阵)是近年来提出的一种新型高功率
微波天线，通过将多个子阵进行组合即可得到高增
益阵列天线，相关学者对其进行了大量研究.然而
实现上述高增益阵列天线的前提是要将高功率微
波源的输出功率分配成多路，并对各个子阵进行馈
电，因此设计一种高功率容量，低损耗，可实现多路
收稿日期:2010-04—12
基金项目：国家863计划资助项目(xxxxxxxxxxxx)；中央高校基本科研业务费专项基金资助项目(SWJTU09BR2~,SWJTU09ZT38)
动画美女图片美少女图作者简介：张健穹(1983一)，男，讲师，博士研究生，研究方向为高功率微波技术,E—mail:******************
通讯作者：刘庆想(1964一)，男，教授，博士，博士生导师，主要研究方向为高功率微波技术,E?mail:***********************
122西南交通大学第47卷
输出的高功率功分器是非常必要的.常见的功分器
类型主要包括微带功分器和腔体功分器，但在
高功率应用条件下，受功率容量和损耗等的限制,
通常只能采用腔体功分器.目前比较有代表性的高
功率多路腔体功分器包括高功率径向线功分器j
和高功率同轴功分器j.高功率径向线功分器以
CHEN提出的径向线功分器为原型，通过使用新
型耦合探针替代电探针，并采用金属封口而避免了
吸波材料的引入，得到了可用于高功率微波传输的
S波段多路径向线功分器.但是，当此功分器应用
于高功率子阵馈电时，由于阵列天线通常采用等路
径馈电方式，必然存在功分器的输出口与各子
阵输入口的等路径连接问题，需要一个较为复杂的
连接波导级联结构，从而影响整个天线系统的
辐射效率和结构紧凑性.高功率同轴功分器具有一
分二和一分四两种形式，通过多级级联可以实现多
路功率分配.但此功分器的传输段全部采用同轴波导，当传输路径较长时，其插入损耗与相同长度的矩形波导相比偏大.在这一背景下，笔者研究了一种用于高功率场合的16路等幅同相功分器，以实现对l6个排列为4×4的高功率矩形子阵进行馈电.由于高功率微波源¨.'"输出口多为过模同轴
波导，输出模式为TEM(transverelectromagnetic) 模，而子阵馈电人口为单模同轴波导，因此功分
器的输入输出口均采用同轴波导形式.
1设计思想与基本原理
为了对排列为4×4的l6个高功率子阵馈电,
功分器的16个输出口与子阵馈电口的相对位置关系应一致，以简化功分器与子阵之间的连接.同时对于功分器而言，其输出幅相的均匀性和等路径馈电对阵列天线的性能至关重要.
(a)基本模型
导
基于上述考虑，采用如图1所示高功率16路
功分器结构，其基本原理是：微波由同轴波导输人TEM模，通过模式转换实现4路矩形波导TEl0模输出；矩形波导经H面90.转弯传输后，经过两级H—T分支实现16路功率分配，再由波导同轴转换实现同轴波导TEM模输出.通过对各部分长度的控制实现功分器输出口与子阵馈电口位置相一致. 由于在此功率分配方案下，功分器的16个输出口具有完全对称的结构，因而理论上可实现等幅同相输出和等路径馈电.
图1功分器结构示意
Fig.1Structureofpowerdivider
2高功率功分器的分析与设计
通过对高功率功分器原理的叙述可以看出，该
功分器由同轴波导一4路矩形波导转换,H-T分支
和波导同轴转换等3个元件经过四级级联构成.下
面分别对这几个元件的设计进行阐述，中心频率选
为2.85GHz.
2.1同轴波导-4路矩形波导转换
为了分析同轴波导一4路矩形波导的转换结
构，将其分为3个区域：径向线模式激励区(区
域1)，径向线模式传播区(区域2)和矩形波导模
式传播区(区域3)，如图2(a)所示.首先在区域1
(b)电磁模型
图2同轴波导一4路矩形波导模型
喝酒伤感图片Fig.2Structureofcoaxialwaveguide一4一wayrectangularwaveguide ——
TE10
第1期张健穹等：高功率16路功分器的设计123
中通过同轴一径向线模式转换器实现同轴馈电在
径向线中激励起柱面TEM模，并在区域2中传
输；然后把径向线与4个相互垂直的矩形波导相
连，将区域2中径向线的TEM模转换为区域3中
矩形波导的TEl0模；最后将矩形波导沿90.转弯
传输.
对于区域1中由同轴激励径向线模式的方法
已有相关研究，采用一种圆锥型的微反射过渡
结构，其匹配特性和功率容量均较好，不再详细阐
述.本文主要对由区域2到区域3的模式转换过程
进行分析.
由于结构的对称性，这种4路功率分配结构可
