本文針對常用頻段波導類(lèi)微波器件實(shí)際調試和測試的工程的需求，設計出結構簡(jiǎn)單、加工方便、 調試容易，該形式的WCC現已覆蓋BJ32、BJ48等標準矩形波導口徑。結合以往經(jīng)驗，利用的HFSS軟件仿真設計與優(yōu)化，在波導口徑所覆蓋的全頻帶內獲得優(yōu)良的電氣性能。這種波導同軸轉換的帶寬均達到40%以上，可覆蓋波導口徑所對應的主?？捎妙l帶。
波導同軸轉換基本原理
常用波導同軸轉換采用探針激勵來(lái)實(shí)現，它的輸出是通過(guò)作為同軸線(xiàn)內導體的細圓柱(即探針)插入矩形波導的寬壁來(lái)激勵主模TE10波的。在這種裝置中，探針兩邊都將激勵起電磁波，因此要很好的選擇短路面的位置來(lái)使同軸線(xiàn)與波導之間很好的匹配。值得注意的是，金屬探針還會(huì )激勵起不少其它的模式，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裝置的附近就衰減了。一般情況下，根據傳輸功率的大小，所要求的頻帶寬度等激勵裝置都由經(jīng)驗確定。激勵裝置應與波導很好的匹配，使大部分能量都傳入波導。習慣上我們將探針作為一小天線(xiàn)向矩形波導輻射能量。波導同軸轉換除了要求激勵所需模式外還要求輸出最大功率，使激勵裝置與波導匹配，波導中不存在反射。探針天線(xiàn)向波導內輻射功率的大小，通常用探針的輻射電阻R 來(lái)表示，可以寫(xiě)成：
可從上述(1)式中明顯地看出：適當地選擇探針的長(cháng)度d和短路位置就能使輻射電阻R等于同軸線(xiàn)的等效阻抗Ze，這樣就能保證同軸線(xiàn)探針的功率大部分傳輸到矩形波導中去。
分析與設計
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)現阻抗匹配和展寬帶寬的目的。本文在設計中采用探針饋電的基本方式，結合既有的理論分析，參考以往工程實(shí)踐經(jīng)驗，同時(shí)采用上述兩種措施來(lái)進(jìn)行設計。
由于探針在波導中相當于一個(gè)小天線(xiàn)，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。對于TE10波型，可將探針置于波導寬壁的中心線(xiàn)處。
若探針位于波導寬壁的中心線(xiàn)處，探針到波導短路位置的距離l 可取為λ g0/4 (λg 0是對應于中心頻率的波導波長(cháng))。在實(shí)際的結構中，經(jīng)過(guò)仿真調試，選取在該長(cháng)度附近。為了實(shí)現匹配，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的等效阻抗，并能較少對頻率的敏感性，從而達到改善匹配和展寬帶寬的目的。
對于測試附件而言，要求在盡可能寬的頻帶內具有良好的電氣性能。而若想擴寬波導同軸轉換的頻帶，有效的抑制探針所激勵出的高次模是非常重要的。除所需的主模TE10 模之外，探針能激勵起沿波導寬邊具有奇數次電場(chǎng)變化的波，因此需要選擇合適的波導尺寸，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，容易在設計頻帶的高端頻點(diǎn)產(chǎn)生TE11/TM11兩種高次模。這兩種高次模的截止波長(cháng)λ c 均與矩形波導窄壁的內尺寸b 有關(guān)，可以通過(guò)減小b 尺寸來(lái)降低高次模的截止波長(cháng)，同時(shí)要保證探針到標準波導口面有一定距離(經(jīng)過(guò)仿真驗證該距離至少為λg /4 )，從而使高次模得到衰減，實(shí)現擴寬頻帶的目的。
