本文針對(duì)常用頻段波導(dǎo)類微波器件實(shí)際調(diào)試和測(cè)試的工程的需求，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、 調(diào)試容易，該形式的WCC現(xiàn)已覆蓋BJ32、BJ48等標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)口徑。結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，利用的HFSS軟件仿真設(shè)計(jì)與優(yōu)化，在波導(dǎo)口徑所覆蓋的全頻帶內(nèi)獲得優(yōu)良的電氣性能。這種波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換的帶寬均達(dá)到40%以上，可覆蓋波導(dǎo)口徑所對(duì)應(yīng)的主模可用頻帶。
波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換基本原理
常用波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換采用探針激勵(lì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，它的輸出是通過作為同軸線內(nèi)導(dǎo)體的細(xì)圓柱(即探針)插入矩形波導(dǎo)的寬壁來(lái)激勵(lì)主模TE10波的。在這種裝置中，探針兩邊都將激勵(lì)起電磁波，因此要很好的選擇短路面的位置來(lái)使同軸線與波導(dǎo)之間很好的匹配。值得注意的是，金屬探針還會(huì)激勵(lì)起不少其它的模式，如TE11、TE01、TE12、TM11、TM12 等，但只要選擇合適的波導(dǎo)尺寸，使得λg(其它模式)< λ <λg(TE10)，就能使其它高次模在靠近激勵(lì)裝置的附近就衰減了。一般情況下，根據(jù)傳輸功率的大小，所要求的頻帶寬度等激勵(lì)裝置都由經(jīng)驗(yàn)確定。激勵(lì)裝置應(yīng)與波導(dǎo)很好的匹配，使大部分能量都傳入波導(dǎo)。習(xí)慣上我們將探針作為一小天線向矩形波導(dǎo)輻射能量。波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換除了要求激勵(lì)所需模式外還要求輸出最大功率，使激勵(lì)裝置與波導(dǎo)匹配，波導(dǎo)中不存在反射。探針天線向波導(dǎo)內(nèi)輻射功率的大小，通常用探針的輻射電阻R 來(lái)表示，可以寫成：
可從上述(1)式中明顯地看出：適當(dāng)?shù)剡x擇探針的長(zhǎng)度d和短路位置就能使輻射電阻R等于同軸線的等效阻抗Ze，這樣就能保證同軸線探針的功率大部分傳輸?shù)骄匦尾▽?dǎo)中去。
分析與設(shè)計(jì)
在以往工程實(shí)踐中可采用在探針上添加介質(zhì)套、加粗探針頂端部分的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配和展寬帶寬的目的。本文在設(shè)計(jì)中采用探針饋電的基本方式，結(jié)合既有的理論分析，參考以往工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)采用上述兩種措施來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
由于探針在波導(dǎo)中相當(dāng)于一個(gè)小天線，向四周輻射能量。其位置按耦合匹配要求而定，比如，在電場(chǎng)波腹處，即寬邊a 的中間，使得耦合最強(qiáng)。對(duì)于TE10波型，可將探針置于波導(dǎo)寬壁的中心線處。
若探針位于波導(dǎo)寬壁的中心線處，探針到波導(dǎo)短路位置的距離l 可取為λ g0/4 (λg 0是對(duì)應(yīng)于中心頻率的波導(dǎo)波長(zhǎng))。在實(shí)際的結(jié)構(gòu)中，經(jīng)過仿真調(diào)試，選取在該長(zhǎng)度附近。為了實(shí)現(xiàn)匹配，在探針上添加一個(gè)介質(zhì)套，所用的材料選擇工程上常用的Teflon (εr =2.1)，這樣可以有效的降低波導(dǎo)的等效阻抗，并能較少對(duì)頻率的敏感性，從而達(dá)到改善匹配和展寬帶寬的目的。
對(duì)于測(cè)試附件而言，要求在盡可能寬的頻帶內(nèi)具有良好的電氣性能。而若想擴(kuò)寬波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換的頻帶，有效的抑制探針?biāo)?lì)出的高次模是非常重要的。除所需的主模TE10 模之外，探針能激勵(lì)起沿波導(dǎo)寬邊具有奇數(shù)次電場(chǎng)變化的波，因此需要選擇合適的波導(dǎo)尺寸，使得高次模得以衰減。由于介質(zhì)套的引入與探針頂端部分加粗的影響，容易在設(shè)計(jì)頻帶的高端頻點(diǎn)產(chǎn)生TE11/TM11兩種高次模。這兩種高次模的截止波長(zhǎng)λ c 均與矩形波導(dǎo)窄壁的內(nèi)尺寸b 有關(guān)，可以通過減小b 尺寸來(lái)降低高次模的截止波長(zhǎng)，同時(shí)要保證探針到標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)口面有一定距離(經(jīng)過仿真驗(yàn)證該距離至少為λg /4 )，從而使高次模得到衰減，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)寬頻帶的目的。
