基于HFSS仿真的一種新型大功率同軸信道合成器*

趙永梅 ，安 利 ，祝 瑞 ，張健穹

（1.空軍工程大學 理學院，陜西 西安 710051；2.西南交通大學 物理科學與技術學院，四川 成都 610031）

由于集群移動通信技術的快速發展，頻譜資源顯得極其匱乏，低損耗、大功率、高隔離的集群通信信道合成器越來越受到重視[1]。現有的集群通信信道合成器主要有同軸窄帶點頻和寬帶微帶線結構兩種[2]。同軸點頻信道合成器雖然插損小，但是帶寬窄、信道容量小，實現起來寬帶體積較大，運輸也很困難[3]。微帶線結構插損大、功率容量小，要實現寬帶，需采用多級級聯的形式，這樣體積較大，且插損會更加惡化，影響系統的安裝。傳統的同軸功分器也可以實現信道合成的功能，但是隔離度比較差，不適合信道功率合成[4-5]。微波高頻無源器件與其他電子元器件不同，都是按照系統的實際需求進行研制生產的，并沒有完全統一的規格標準[6-7]。而目前國內市場上同類產品的指標基本保證在：回波損耗小于-15 dB，隔離度在 15 dB～20 dB之間，功率不超過 50 W[8-9]。因此，研制一款基于同軸結構的高隔離、大功率、寬帶信道合成器具有很大的實際意義。

在最近幾年出現了大量的微波電路仿真軟件，其中，高頻結構仿真器HFSS（High Frequency Structure Simulator）是一種電磁場三維仿真軟件。而且由Ansoft HFSS和Ansoft Designer構成的Ansoft高頻解決方案，是以物理原型為基礎的高頻設計解決方案，提供了從系統到電路直至部件級的快速而精確的設計手段，幾乎覆蓋了高頻設計的所有環節。因此，本文使用HFSS對功分器進行建模仿真也是合理的[10]。

工作頻帶在310 MHz～410 MHz也滿足了設計要求。4信道的插入損耗在6 dB左右，接近插入損耗的理論值。由于同軸腔體的內導體在折彎時不能同心，使天線端口的阻抗匹配性能受到影響，輸入輸出端口反射損耗的測試結果較仿真結果有微小的差距，但端口反射損耗均在-21 dB以下，滿足技術指標要求。

本文論述了一種新型大功率同軸信道合成器。該合成器通過采用單節1/4波長阻抗線加功分級聯的形式，直接對金屬材料進行機械加工成同軸腔體，并且采用二級級聯形式，適當優化同軸結構尺寸使得工作頻帶可達310 MHz～410 MHz功率。仿真和實際測試結果表明，該信道合成器具有功率容量大、隔離度高、工作帶寬寬及插損小等特點，能滿足寬頻帶高頻信號合成傳輸，因此廣泛用于公安集群通信、井下通信、森林以及消防通信系統中。由于其能夠承受200 W的連續波功率，所以在安集群通信以及井下通信系統中具有良好的前景。

[1]吳鋒濤.同軸高功率超寬帶功分器研究[J].強激光與粒子束，2006（7）：1126-1128.

[2]程敏鋒，劉學觀.微帶型Wilkinson功分器設計與實現[J].現代電子技術，2006（20）：25-26.

[3]WILKINSON E J.An N-Way hybrid power divider[J].IEEE Microwave Theory and Techniques， 1960（1）：116-118.

[4]ORAIZIH， SHARIFIA.Design and optimization of broadband asymmetrical multisection Wilkinson power divider[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques， 2006（5）：2220-2228.

[5]楊崢崢.微帶功分器的設計[J].艦船電子對抗，2012（2）：111-115.

[6]周銀磊，吳國安.一種新型雙頻Wilkinson功分器的設計[J].電訊技術，2012（8）：203-206.

[7]南敬昌，王鑫，曲昀.寬頻比雙頻Wilkinson功分器的研究與設計[J].微電子學與計算機，2012（7）：95-100.

[8]尹莉，彭浩，楊濤.多枝節寬帶功分器的設計[J].電子元器件應用，2012（3）：119-212.

[9]樊永山，王朱丹，張立，等.一種叉指型超寬帶多路功分器的設計和研究[J].現代電子技術，2013（7）：310-315.

[10]謝擁軍，劉瑩，李磊，等.HFSS原理與工程應用[M].北京：科學出版社，2009.

[11]劉學觀，郭輝萍.微波技術與天線[M].西安：西安電子科技大學出版社，2004.

[12][美]POZAR D M.Microwave Engineering （Third Edition）[M].北京：電子工業出版社，2006.

[13]彭沛夫.微波技術與實驗[M].北京：清華大學出版社，2007.

[14]JAMES J R，HALL P S.Handbook of Microstrip Antenna[M].Peter Peregrinus，1989.

[15]馮永攀，葛俊祥.一種N路寬帶功分器設計與仿真[J].河南師范大學學報（自然科學版），2013（3）：210-213.

[16]尹震峰.微波毫米波功分器/濾波器設計[D].成都：電子科技大學，2013.

[17]蘆嘉，張春榮.高分配比不等分功率分配器的設計與仿真[J].雷達科學與技術，2013（2）：223-226.