本文針對常用頻段波導(dǎo)類微波器件實際調(diào)試和測試的工程的需求，設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、 調(diào)試容易，該形式的WCC現(xiàn)已覆蓋BJ32、BJ48等標準矩形波導(dǎo)口徑。結(jié)合以往經(jīng)驗，利用的HFSS軟件仿真設(shè)計與優(yōu)化，在波導(dǎo)口徑所覆蓋的全頻帶內(nèi)獲得優(yōu)良的電氣性能。這種波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換的帶寬均達到40%以上，可覆蓋波導(dǎo)口徑所對應(yīng)的主模可用頻帶。

波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換基本原理

常用波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換采用探針激勵來實現(xiàn)，它的輸出是通過作為同軸線內(nèi)導(dǎo)體的細圓柱(即探針)插入矩形波導(dǎo)的寬壁來激勵主模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使同軸線與波導(dǎo)之間很好的匹配。值得注意的是，金屬探針還會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(dǎo)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(jù)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(yīng)與波導(dǎo)很好的匹配，使大部分能量都傳入波導(dǎo)。習(xí)慣上我們將探針作為一小天線向矩形波導(dǎo)輻射能量。波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)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(dǎo)匹配，波導(dǎo)中不存在反射。探針天線向波導(dǎo)內(nèi)輻射功率的大小，通常用探針的輻射電阻R 來表示，可以寫成：

可從上述(1)式中明顯地看出：適當?shù)剡x擇探針的長度d和短路位置就能使輻射電阻R等于同軸線的等效阻抗Ze，這樣就能保證同軸線探針的功率大部分傳輸?shù)骄匦尾▽?dǎo)中去。

分析與設(shè)計

在以往工程實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實現(xiàn)阻抗匹配和展寬帶寬的目的。本文在設(shè)計中采用探針饋電的基本方式，結(jié)合既有的理論分析，參考以往工程實踐經(jīng)驗，同時采用上述兩種措施來進行設(shè)計。

由于探針在波導(dǎo)中相當于一個小天線，向四周輻射能量。其位置按耦合匹配要求而定，比如，在電場波腹處，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(dǎo)寬壁的中心線處。

若探針位于波導(dǎo)寬壁的中心線處，探針到波導(dǎo)短路位置的距離l 可取為λ g0/4 (λg 0是對應(yīng)于中心頻率的波導(dǎo)波長)。在實際的結(jié)構(gòu)中，經(jīng)過仿真調(diào)試，選取在該長度附近。為了實現(xiàn)匹配，在探針上添加一個介質(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(dǎo)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(nèi)具有良好的電氣性能。而若想擴寬波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)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(dǎo)寬邊具有奇數(shù)次電場變化的波，因此需要選擇合適的波導(dǎo)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(shè)計頻帶的高端頻點產(chǎn)生TE11/TM11兩種高次模。這兩種高次模的截止波長λ c 均與矩形波導(dǎo)窄壁的內(nèi)尺寸b 有關(guān)，可以通過減小b 尺寸來降低高次模的截止波長，同時要保證探針到標準波導(dǎo)口面有一定距離(經(jīng)過仿真驗證該距離至少為λg /4 )，從而使高次模得到衰減，實現(xiàn)擴寬頻帶的目的。