X波段高功率微波选模定向耦合器

高功率、长脉冲是高功率微波技术发展的趋势,提高微波器件的功率容量成为一项重要的任务,使用过模器件可以有效提高微波源的功率容量,然而却会带来微波源中同时存在多种模式的问题。为了识别一个X波段长脉冲过模高功率微波源的输出主模TM01模式,设计了一种在线选模定向耦合器,进行了理论分析和模拟优化设计。当频率范围为9.2~9.6 GHz时,模拟结果显示该选模耦合器对TM01模的耦合度为-54 dB,在400 MHz带宽内定向性大于35 dB,对TM02模的抑制度大于15 dB,功率容量可达到3 GW以上。     

带状注行波管E面和H面宽带耦合器

设计和分析了应用于W波段带状注行波管的E面多孔输入输出耦合器和H面多孔输入输出耦合器。研究表明,采用多孔耦合,不仅可以实现电磁场与电子注的汇聚和分离,还可以实现极宽工作带宽。HFSS仿真分析结果表明:E面多孔定向耦合器1dB相对带宽达43GHz,且隔离度优于20dB的相对带宽达到40GHz;H面定向耦合器在E面耦合器的10个耦合孔数的基础上,通过增加2个耦合孔数,1dB相对带宽提升到30GHz,且隔离度大于15dB的相对带宽达到32GHz。两种新型耦合器在极宽的工作带宽内实现低反射、高隔离的性能。与E面耦合器相比,H面耦合器易于加工和利于与周期永久磁体的封装集成。     

双枝节加载的L波段宽带高隔离度定向耦合器

提出了一种小型化双枝节加载的L波段微带线定向耦合器。使用功率相消技术提高定向耦合器的隔离度,并且采用两根长度不同的加载枝节分别在两个相近的频点上反射信号,从而实现耦合器的带宽扩展;同时采用缺陷地结构的慢波特性减小该定向耦合器的物理尺寸,并利用缺陷地结构产生的陷波,合并上述两根枝节反射抵消产生的的两个陷波,进一步提高定向耦合器的带宽和隔离度。该耦合器工作在L波段,耦合度约为10 dB,在整个L波段内的隔离度均优于?20 dB,最大约为?52.81 dB,相对带宽为60%。最后对设计的定向耦合器进行加工和测试,测试与仿真结果一致性较好,证明了该电路的可行性。     

定向耦合法测量非标准接口元件驻波系数

 利用网络分析仪，根据需要在设定的频率范围进行扫频测量，网络分析仪的端口1输出的微波信号经过微波传输转换器进入与待测非标准元件匹配连接的连接段（如波导）；网络分析仪的端口2连接定向耦合器，用于监测传输段内的反射微波信号。首先，在非标准接口端面连接短路面，通过网络分析仪测量反射信号在设定频点的相对幅度值；然后去掉短路面，在非标准接口端面连接待测元件，再次测量反射信号在特定频点的相对幅度值；最后根据本文推导的公式得出驻波系数。该方法的测量误差与定向耦合器的方向性（方向性系数越大越好）和待测元件驻波系数有关。将该方法运用在非标准接口匹配负载驻波系数的测量中，定向耦合器方向性系数取为40 dB，测得其驻波系数小于1.2，误差小于20%。该方法简便可行，可以用于测量常用的非标准接口元件尤其是非标准低驻波系数元件的驻波系数。     

基于非对称三芯光子晶体光纤的宽带定向耦合器研究

提出了一种基于三芯光子晶体光纤的定向耦合器。通过增大纤芯两侧空气孔直径来引入非对称纤芯,该方法有效地实现了1×3分束的目的。数值分析表明,该三芯光子晶体光纤定向耦合器的工作带宽可达113.9nm(具体为波长从1530.9～1644.8nm)且均匀性小于0.4dB、偏振相关损耗低于0.2dB。此外,这种结构能够有较大的制作容差,具体表现为器件长度在光纤长度(20.9mm)的±4%范围内变化都能保证工作带宽不小于80nm。     

S-Band 3dB定向耦合器的优化设计及应用

3dB定向耦合器在组成微波器件中有着广泛的应用,在我们的实验室中最常用到的带有3dB定向耦合器的微波器件是移相器、衰减器和能量倍增器等,dB定向耦合器的性能参数对上述器件的性能起着决定性的作用.在对原有S-band 3dB定向耦合器模拟研究的基础上,通过对不同组数据的分析比较,提出了此结构的优化设计方案.重新设计后的3dB定向耦合器不仅简化了加工工艺,而且驻波比、不平衡度、隔离度都达到了更好的效果.将新设计的定向耦合器应用到移相器中,通过对新老移相器的模拟和测试结果的比较可以看到移相器的各项指标均比原来有所提高,而这也是以往移相器所无法达到的新指标.对新加工的移相器试验件的测试数据表明,实验测试和模拟计算的一致性很好.     

S-Band 3dB定向耦合器的优化设计及应用

3dB定向耦合器在组成微波器件中有着广泛的应用, 在我们的实验室中最常用到的带有3dB向耦合器的微波器件是移相器、衰减器和能量倍增器等, 3dB定向耦合器的性能参数对上述器件的性能起着决定性的作用. 在对原有S-band 3dB定向耦合器模拟研究的基础上, 通过对不同组数据的分析比较, 提出了此结构的优化设计方案. 重新设计后的3dB定向耦合器不仅简化了加工工艺, 而且驻波比、不平衡度、隔离度都达到了更好的效果. 将新设计的定向耦合器应用到移相器中, 通过对新老移相器的模拟和测试结果的比较可以看到移相器的各项指标均比原来有所提高, 而这也是以往移相器所无法达到的新指标. 对新加工的移相器试验件的测试数据表明, 实验测试和模拟计算的一致性很好.     

X波段高功率宽带选模定向耦合器

过模圆波导在提高功率容量的同时,不可避免地会造成微波源中同时存在多种模式。为了监测X波段长脉冲高功率微波源TM₀₁模的输出功率和频谱,采用CST软件仿真设计了X波段高功率宽带选模定向耦合器,在耦合TM₀₁模的同时可实现对TM₀₂和TE₁₁模的抑制。波导腔体及耦合孔的尺寸以小孔耦合理论和相位叠加原理为基础并结合切比雪夫分布函数计算确定。仿真结果表明:该高功率宽带选模定向耦合器在9.0~9.8 GHz的带宽范围内,耦合度为(-59.08±1) dB,定向性大于30 dB,对TE₁₁模的抑制度大于15 dB,对TM₀₂模的抑制度大于30 dB,功率容量大于2.5 GW。     

用于X波段模块化相对论速调管放大器在线测量的紧凑型定向耦合器设计

为实现模块化相对论速调管放大器功率、频率和相位的在线测量,对紧凑型高定向性高带宽的定向耦合器进行了仿真和实验研究。利用小孔耦合理论和相位叠加原理进行理论分析,设计了一种双孔紧凑型定向耦合器,在此基础上采用主、副波导正交连接,耦合孔沿轴向和角向二维分布的方法,进一步缩短了耦合器的长度。通过电磁仿真对耦合器各参数进行优化,模拟结果表明：当中心频率为10 GHz时,普通双孔定向耦合器对TM01模式的耦合度为-60.68 dB,在250 MHz的带宽内定向性大于20 dB,此时耦合区长度为3.49 cm。改进型定向耦合器对TM01模式的耦合度为-58.1 dB,在300 MHz的带宽内定向性大于20 dB,此时耦合区长度仅为1.8 cm（约0.6λ）。耦合器的冷腔实验测量结果与仿真结果符合较好。     

圆波导定向耦合器在高功率微波测量中的应用

介绍了大功率容量定向耦合器的设计、标定、测试与应用情况。以X波段圆波导定向耦合器为例,在9.2~10.2 GHz的频带范围内,基于小孔耦合理论优化设计的结构,其耦合度可以稳定在(55±2)dB以内,隔离度大于80 dB。在此基础上,设计加工了X波段圆波导定向耦合器并进行了标定测试,测试与仿真结果吻合较好,高功率微波实验证实了其具有较高功率容量,能够满足实验需求。该类圆波导定向耦合器已广泛应用于实验室高功率微波源的在线测量装置中。     

基于混合左右手和人工传输线的平面双定向耦合器

利用人工传输线作为右手传输线,与混合左右手传输线(CRLH-TL)进行耦合,实现左手传输线和右手传输线的混合耦合,构造了一种新型的定向耦合器。该耦合器具有后向耦合、小型化、结构紧凑的特点。实验测试结果表明:耦合器的工作频率在1.3~1.8 GHz,相对百分比带宽达到32%,实现了10 dB的耦合度,比常规微带线定向耦合器具有更大的耦合度调节范围,隔离度大于25 dB。实验测试结果与电磁仿真结果相吻合。     

L波段小型化同轴-共面波导定向耦合器

设计了一种适用于L波段高功率微波辐射场测量的同轴型定向耦合器。分别选择同轴线和金属底板共面波导（CBCPW）作为主副传输线,减小定向耦合器横截面积;利用小孔耦合理论和微元法对耦合结构进行理论分析,选择连续渐变的菱形耦合缝隙,缩短定向耦合器长度;采用数值模拟的方法对耦合器结构进行优化,并对其性能参数进行实验测试,结果表明, 在1~2 GHz频带范围内耦合度约为47 dB,方向性大于17 dB。     

Wideband subwavelength gratings for coupling between silicon-on-insulator waveguides and optical fibers

We propose and experimentally demonstrate a novel subwavelength grating coupler on silicon-on-insulator, for coupling to optical fibers with a wide optical bandwidth. Theoretical analysis and design optimization of the coupler are described. About 73?nm 1?dB bandwidth was experimentally demonstrated with -5.6 dB coupling efficiency. Better than -3.4 dB efficiency with 86?nm 1?dB bandwidth is predicted for these structures with optimized buried oxide thickness.     

W波段TE02模式回旋行波管带宽输入耦合器设计

输入耦合器是回旋行波管的重要组成部分之一,其作用是将矩形波导TE₁₀模式的信号,通过模式变换结构转换为回旋放大器件中的模式,输入耦合器性能的优劣直接影响了回旋管整管的带宽等性能。通过对W波段TE₀₂模式回旋行波管的输入耦合器进行理论分析,指出影响主模传输损耗的一个因素是杂模的崛起使主模的传输系数降低,利用仿真软件进行仿真,通过优化耦合孔的尺寸,抑制杂模的产生,将损耗从3.9 dB降低到了0.8 dB。根据优化尺寸加工,实际测试,得到3.0 dB带宽7.9 GHz的输入耦合器,与设计符合较好。     

具有宽阻带特性的6阶自均衡高温超导滤波器

本文提出了一种新颖的L型阶跃阻抗谐振器,该谐振器具有结构紧凑、抑制二次谐波能力强及易于实现电耦合及磁耦合等特点。使用该谐振器设计并制作了一款具有小型化、高选择性及宽阻带特性的6阶自均衡高温超导滤波器。测试结果表明,在70 K温度下滤波器的中心频率为1 601 MHz,3 dB带宽为24 MHz,带内回波损耗<14.87 dB,带内最大插入损耗约为0.22 dB,60%带宽范围内群时延起伏<3.13 ns,通带两侧具有一对深度的传输零点,实现了1 632~5 511 MHz范围内衰减>60 dB的宽平坦阻带。     

210-320 GHz Multi-Hole Directional Coupler Design and Measurement

The design of a 210-320 GHz multi-hole directional coupler is described. The coupler performance is measured with a millimeter vector analyser across the band 205-350 GHz and compared with simulations. The coupler consists of two waveguides whose broad walls are separated by a thin metal sheet with an array of circular holes according to a Chebyshev distribution of couplings. The coupling is 11 dB with a typical variation of ± 2dB across the WR3 band and the isolation is more than 25 dB.