3mm定向耦合器及其测试系统的研究

摘要

定向耦合器是用于功率分配的四端口无源元件，在微波系统中应用广泛。其在电子对抗、通信系统、雷达系统以及测试测量仪器中有着不可缺少的作用。其主要用途有合成和分配功率、扩大功率量程、监视功率和频谱等。在一些重要的微波测量仪器中如矢量网络分析仪、反射计等，定向耦合器也有着比较广泛的应用。
　　由于波导的场结构求解比较简单，所以波导定向耦合器的研究时间较早，理论研究和加工工艺都比较成熟。波导定向耦合器性能稳定，功率容量较大，随着测试测量系统和电子对抗系统的频率越来越高，覆盖频率越来越宽，高频率宽频带波导定向耦合器的研究是必不可少的。
　　本文研究的波导定向耦合器的工作带宽为75~110GHz，耦合度为3dB。为了拓展耦合器的带宽，符合耦合度的要求，确保好的方向性，采用双排孔耦合。为了使波导定向耦合器的设计简单方便，采用耦合孔的直径相同，耦合孔之间的距离也相同的耦合孔排列方式。
　　本文主要完成了以下工作：
　　首先，介绍了定向耦合器的基本概念、分类方式以及应用，介绍了波导定向耦合器的发展现状及研究意义。推导分析了小孔耦合理论和相位叠加原理。推导了波导单孔定向耦合器，波导多孔定向耦合器的耦合理论。
　　其次，利用三维仿真软件HFSS，建立波导定向耦合器的模型。综合波导定向耦合器的指标要求，现有加工的精度以及波导尺寸，确定主波导和副波导公共宽壁的厚度，耦合孔之间的距离。分析耦合孔大小及两排孔之间的距离对波导定向耦合器耦合度的影响。对几个尺寸设置变量进行优化，分析耦合度的优化结果，确定波导定向耦合器的各个尺寸，对波导定向耦合器的各个指标进行仿真，给出仿真曲线。
　　再次，根据测试波导定向耦合器的需求，研究分析矢量网络分析仪的另一种校准方式，TRL校准。重点分析并推导出TRL校准的误差模型，求解出误差盒的误差项。根据需要，完成TRL校准件的设计和制作，在矢量网络分析仪中创建新的TRL套件并介绍分析了TRL校准的全过程。
　　最后，重点介绍了定向耦合器的测量过程，分析了定向耦合器的测试曲线，并针对定向耦合器的仿真曲线和测试曲线进行了比较分析。

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第一章 引 言

1.1 定向耦合器的基本概念

1.2 研究背景和意义

1.3 定向耦合器的发展现状

1.4 TRL校准

1.5 本论文的主要工作

1.6 本章小结

第二章 波导定向耦合器的理论基础

2.1 定向耦合器的技术指标

2.2定向耦合器的网络分析

2.3 小孔耦合原理

2.4相位叠加原理

2.5矩形波导定向耦合器

2.6 本章小结

第三章3 mm定向耦合器的仿真和优化

3.1 定向耦合器初始尺寸的确定

3.2 在HFSS里建立定向耦合器的模型

3.3 定向耦合器的优化

3.4 确定定向耦合器的尺寸

3.5 本章小结

第四章 TRL校准

4.1 S参数及矢量网络分析仪

4.2 TRL校准原理

4.3 TRL校准件的设计

4.4 在矢量网络分析仪中创建TRL套件

4.5 TRL校准

4.6 本章小结

第五章3 mm定向耦合器测试

5.1 3mm定向耦合器的测试仪器

5.2 3mm定向耦合器的测试过程

5.3 3mm定向耦合器的测试曲线图

5.4 3mm定向耦合器的测试曲线与仿真曲线的比较

5.5 本章小结

第六章 结论

6.1 结论

6.2 进一步的工作

致谢

参考文献