微波注入實驗用高隔離度雙工器的研究

摘要：微波注入實驗要求微波注入電路和效應(yīng)監(jiān)測電路的接入不影響正常的電路器件工作狀態(tài)，同時要求注入電路隔離度足夠大。在此設(shè)計了一種高隔離度微波雙工器0～800MHz和1．4～4．5 GHz，兩信號通道內(nèi)插入損耗小于0．2 dB；0～400 MHz和1．5～4．5 GHz兩信號通道隔離度大于50 dB。這種微帶線型雙工器結(jié)構(gòu)緊湊、研制周期短、性能穩(wěn)定已經(jīng)在微波效應(yīng)注入實驗系統(tǒng)中獲得良好的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：高隔離度；雙工器；注入實驗；插入損耗

微波雙工器是用來把一個信號頻譜分開成2個頻率范圍的微波器件。它在微波毫米波通信、衛(wèi)星通信、雷達、電子對抗、測試等系統(tǒng)中都有著廣泛的應(yīng)用。微帶線型雙工器是微波雙工器的一個非常重要的分支。微帶線型雙工器結(jié)構(gòu)緊湊，研制周期短，性能穩(wěn)定，此外微帶線型雙工器可以實現(xiàn)高隔離度的優(yōu)點，已經(jīng)在高功率效應(yīng)注入實驗系統(tǒng)中獲得應(yīng)用。

1 微波注入實驗用雙工器
微波注入效應(yīng)實驗是數(shù)字電路HPM效應(yīng)機理研究的一個重要研究手段。效應(yīng)機理研究注入實驗系統(tǒng)設(shè)計如圖1所示。微波脈沖經(jīng)功率放大器后通過注入雙工器與低頻數(shù)字工作信號合路送入效應(yīng)器件輸入端口，數(shù)字電路輸入、輸出信號、微波脈沖輸入和數(shù)字電路輸出包含的微波脈沖信號由示波器監(jiān)測，微波脈沖反射信號經(jīng)檢波后由示波器監(jiān)測。

數(shù)字電路效應(yīng)機理注入實驗研究系統(tǒng)是一個大功率在線測試系統(tǒng)，與側(cè)重閾值效應(yīng)注入電路實驗設(shè)計方法有所不同，這里要求微波脈沖注入設(shè)計電路和效應(yīng)監(jiān)測電路的接入不影響正常的數(shù)字電路器件工作狀態(tài)，如避免簡單偏置電路對數(shù)字電路器件輸入、輸出電容加載效應(yīng)；另外一點是要求注入電路隔離度足夠大，即微波通道和數(shù)字邏輯電平信號通道之間具備很高隔離度，目的在于防止大功率微波脈沖泄漏功率對高精度測試儀器設(shè)備造成干擾甚至損傷。同時對于數(shù)字電路效應(yīng)機理研究而言，需要更多觀測輸入、輸出信號細節(jié)部分，如輸出微波和數(shù)字低頻信號的分離，輸出微波信號頻譜分析等，以便更好研究數(shù)字電路非線性效應(yīng)過程與作用機理。
針對注入效應(yīng)實驗功率源0．8～4 GHz頻段范圍，自行設(shè)計與加工了0～100MHz／1．5～4．4 GHz注入雙工器。注入雙工器由一個低通濾波器和帶通濾波器構(gòu)成，低通濾波器傳輸器件正常工作低頻信號，而帶通濾波器傳輸注入微波脈沖，設(shè)計時注意帶通濾波器的功率容量指標(biāo)以及插損盡量小。
微波雙工器的設(shè)計方法大致有兩種：一種是先設(shè)計好2個通道濾波器然后連接上T型或Y型結(jié)再對濾波器進行優(yōu)化；另一種是設(shè)計好兩通道濾波器再對T型或Y型結(jié)進行調(diào)整。不同的設(shè)計方法主要在于濾波器的結(jié)構(gòu)和T型或Y型結(jié)的結(jié)構(gòu)不同以及它們之間匹配的技術(shù)不同。本文設(shè)計的高隔離度微帶線型雙工器采用先分別設(shè)計高、低阻抗線低通濾波器和電容問隙耦合帶通濾波器，然后連接T型結(jié)進行匹配調(diào)整。
1．1 通道濾波器的設(shè)計
集總元件低通濾波器是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)綜合法設(shè)計微波濾波器的基礎(chǔ)。根據(jù)濾波器理論和一般的設(shè)計方法，在設(shè)計各種濾波器時，一般從歸一化低通濾波器出發(fā)，通過函數(shù)關(guān)系可以變換為高通、帶通或帶阻濾波器。
如圖2所示是一種雙終端低通濾波器的梯形電路，g0，g1，g2，…gn，gn+1是電路中個元件的數(shù)值，它們是由網(wǎng)絡(luò)綜合法得出的。簡單說來，網(wǎng)絡(luò)綜合方法首先是把傳輸系數(shù)(或其轉(zhuǎn)移函數(shù))確定為復(fù)平面上的函數(shù)，由此求出復(fù)平面上的輸入阻抗。然后把該輸入阻抗表示成連分數(shù)或部分分式，從而得到電路元件的數(shù)值。