HFSS脊波导功分器的仿真研究+文献综述(3)
第一章：介绍设计研究的背景和主要研究内容以及本文的章节安排。
第二章：介绍了脊波导、T形分支、感性膜片以及阶梯阻抗匹配等基本理论。
第三章：首先介绍了脊波导T形节结构，接着仿真讨论了感性膜片和阶梯尺寸以及感性膜片位置对功率分配和回波损耗的影响。
第四章：以脊波导T形节结构为基础结构，仿真设计一分四的功率分配器和一分吹冰的功率分配器。从理论上说，由脊波导T形功分器以一定的规律组合可以实现一路功率的任意分配，或者任意路功率的组合。
2. 脊波导功分器理论分析
2.1 脊波导理论基础
单脊波导和双脊波导是脊波导的两种类型。标准的脊波导可以看成是由矩形波导沟在宽边中心线处内弯折形成脊棱而成，按照弯折的面数，可以分为单脊波导和双脊波导。
图2.1.1 双脊波导和单脊波导
与矩形波导相比，脊波导具有这样几个优点:
1)工作频带宽。脊波导的主模TE10模的截止频率比矩形波导TE10模的截止频率低，而TE20模的截止频率却比矩形波导的TE20模的截止频率高，所以脊波导的单一模工作的频带宽。
2) 在相同的频率范围内，脊由于波导的单模工作频带宽，尺寸比矩形波导小。图2.1.2 显示的是相同的截止频率下，脊波导与矩形波导宽边尺寸和单模工作带宽的比较图，图中截止频率由HFSS仿真得到。
图2.1.2 相同的截止频率下，脊波导与矩形波导宽边尺寸和单模工作带宽的比较
3)脊波导的等效阻抗低。随着脊的高度d变小，等效阻抗变低[1]。
脊波导的主模工作带宽：理论上，脊波导的主模工作带是主模截止波长与邻近高次模截止波长之比。在实际应用中，主模工作频率范围用公式表示如下:
该式中, fC10为TE10模的截止频率, fC20为TE20模的截止频率。当b/a不变时，脊越深，单脊波导的主模工作带宽越宽[12]。
2.2 T形节理论分析
T形结包括H面与E面两种，是一种常用功率分配机构。H面结构的分支臂在窄壁上，而E面结构的分支臂在宽壁上。从H面结构的1端口输入，则2、3端口输出，且输出同相;相反，从E面结构的1端口输入， 2、3端口反相输出。T型结属于无耗互易的三端口器件，根据微波网络理论可知，它们的各个端口不能同时实现匹配，所以，输入端口的回波损耗和输出端口间的功分比例是设计时的主要考虑内容[1]。
波导T型节是典型的三端口网络，其散射矩阵可以表示为:
在功率分配合成器的设计中，我们只需将输入端的能量尽可能多地分配到两个输出端，所以输入端必须匹配，即S11=0,实现1：N的功率分配就是要使得S21：S31=1：N。
波导T 形分支是一种并联分支，其等效电路如图2.1.4 所示。其中T1， T1′ 表示等效电路的反射面，d、d'分别表示它们的位置，Z0、Z0′是波导传输线的特性阻抗，X 表示等效电抗。从图2.2.4可知，波导的不连续性引入一个并联电抗，加入一个具有相反特性的电抗元件，比如感性金属柱[13]、感性模片等，可以抵消这个波导不连续性带来的电抗。
图2.2.4脊波导基膜场分布图 图2.2.5 波导H面T形分支等效电路
如图2.2.5所示的脊波导基模场分布，可知脊波导基模场与矩形波导基模TE10 模的场结构相似，但是不完全一样。所以如果用单纯的感性模片或金属柱不能达到脊波导T形分支的匹配要求。但是可以把脊波导基膜场看成是以TE10 模式为主、无穷多模式场叠加而成，这样就方便实现脊波导T形头的匹配[3]。