趙永梅 ，安 利 ，祝 瑞 ，張健穹

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

由于集群移動通信技術(shù)的快速發(fā)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]?，F(xiàn)有的集群通信信道合成器主要有同軸窄帶點(diǎn)頻和寬帶微帶線結(jié)構(gòu)兩種[2]。同軸點(diǎn)頻信道合成器雖然插損小，但是帶寬窄、信道容量小，實(shí)現(xiàn)起來寬帶體積較大，運(yùn)輸也很困難[3]。微帶線結(jié)構(gòu)插損大、功率容量小，要實(shí)現(xiàn)寬帶，需采用多級級聯(lián)的形式，這樣體積較大，且插損會更加惡化，影響系統(tǒng)的安裝。傳統(tǒng)的同軸功分器也可以實(shí)現(xiàn)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(tǒng)的實(shí)際需求進(jìn)行研制生產(chǎn)的，并沒有完全統(tǒng)一的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)[6-7]。而目前國內(nèi)市場上同類產(chǎn)品的指標(biāo)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(jié)構(gòu)的高隔離、大功率、寬帶信道合成器具有很大的實(shí)際意義。

在最近幾年出現(xiàn)了大量的微波電路仿真軟件，其中，高頻結(jié)構(gòu)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(gòu)成的Ansoft高頻解決方案，是以物理原型為基礎(chǔ)的高頻設(shè)計(jì)解決方案，提供了從系統(tǒng)到電路直至部件級的快速而精確的設(shè)計(jì)手段，幾乎覆蓋了高頻設(shè)計(jì)的所有環(huán)節(jié)。因此，本文使用HFSS對功分器進(jìn)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(shè)計(jì)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(nèi)導(dǎo)體在折彎時(shí)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(jié)果較仿真結(jié)果有微小的差距，但端口反射損耗均在-21 dB以下，滿足技術(shù)指標(biāo)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(jié)1/4波長阻抗線加功分級聯(lián)的形式，直接對金屬材料進(jìn)行機(jī)械加工成同軸腔體，并且采用二級級聯(lián)形式，適當(dāng)優(yōu)化同軸結(jié)構(gòu)尺寸使得工作頻帶可達(dá)310 MHz～410 MHz功率。仿真和實(shí)際測試結(jié)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(diǎn)，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(tǒng)中。由于其能夠承受200 W的連續(xù)波功率，所以在安集群通信以及井下通信系統(tǒng)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(qiáng)激光與粒子束，2006（7）：1126-1128.

[2]程敏鋒，劉學(xué)觀.微帶型Wilkinson功分器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，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(shè)計(jì)[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(shè)計(jì)[J].電訊技術(shù)，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(shè)計(jì)[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2012（7）：95-100.

[8]尹莉，彭浩，楊濤.多枝節(jié)寬帶功分器的設(shè)計(jì)[J].電子元器件應(yīng)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(shè)計(jì)和研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013（7）：310-315.

[10]謝擁軍，劉瑩，李磊，等.HFSS原理與工程應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[11]劉學(xué)觀，郭輝萍.微波技術(shù)與天線[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004.

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

[13]彭沛夫.微波技術(shù)與實(shí)驗(yàn)[M].北京：清華大學(xué)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(shè)計(jì)與仿真[J].河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013（3）：210-213.

[16]尹震峰.微波毫米波功分器/濾波器設(shè)計(jì)[D].成都：電子科技大學(xué)，2013.

[17]蘆嘉，張春榮.高分配比不等分功率分配器的設(shè)計(jì)與仿真[J].雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)，2013（2）：223-226.