微波注入实验用高隔离度双工器的研究

摘要：微波注入实验要求微波注入电路和效应监测电路的接入不影响正常的电路器件工作状态，同时要求注入电路隔离度足够大。在此设计了一种高隔离度微波双工器0～800MHz和1．4～4．5 GHz，两信号通道内插入损耗小于0．2 dB；0～400 MHz和1．5～4．5 GHz两信号通道隔离度大于50 dB。这种微带线型双工器结构紧凑、研制周期短、性能稳定已经在微波效应注入实验系统中获得良好的应用。
关键词：高隔离度；双工器；注入实验；插入损耗

微波双工器是用来把一个信号频谱分开成2个频率范围的微波器件。它在微波毫米波通信、卫星通信、雷达、电子对抗、测试等系统中都有着广泛的应用。微带线型双工器是微波双工器的一个非常重要的分支。微带线型双工器结构紧凑，研制周期短，性能稳定，此外微带线型双工器可以实现高隔离度的优点，已经在高功率效应注入实验系统中获得应用。

1 微波注入实验用双工器
微波注入效应实验是数字电路HPM效应机理研究的一个重要研究手段。效应机理研究注入实验系统设计如图1所示。微波脉冲经功率放大器后通过注入双工器与低频数字工作信号合路送入效应器件输入端口，数字电路输入、输出信号、微波脉冲输入和数字电路输出包含的微波脉冲信号由示波器监测，微波脉冲反射信号经检波后由示波器监测。

数字电路效应机理注入实验研究系统是一个大功率在线测试系统，与侧重阈值效应注入电路实验设计方法有所不同，这里要求微波脉冲注入设计电路和效应监测电路的接入不影响正常的数字电路器件工作状态，如避免简单偏置电路对数字电路器件输入、输出电容加载效应；另外一点是要求注入电路隔离度足够大，即微波通道和数字逻辑电平信号通道之间具备很高隔离度，目的在于防止大功率微波脉冲泄漏功率对高精度测试仪器设备造成干扰甚至损伤。同时对于数字电路效应机理研究而言，需要更多观测输入、输出信号细节部分，如输出微波和数字低频信号的分离，输出微波信号频谱分析等，以便更好研究数字电路非线性效应过程与作用机理。
针对注入效应实验功率源0．8～4 GHz频段范围，自行设计与加工了0～100MHz／1．5～4．4 GHz注入双工器。注入双工器由一个低通滤波器和带通滤波器构成，低通滤波器传输器件正常工作低频信号，而带通滤波器传输注入微波脉冲，设计时注意带通滤波器的功率容量指标以及插损尽量小。
微波双工器的设计方法大致有两种：一种是先设计好2个通道滤波器然后连接上T型或Y型结再对滤波器进行优化；另一种是设计好两通道滤波器再对T型或Y型结进行调整。不同的设计方法主要在于滤波器的结构和T型或Y型结的结构不同以及它们之间匹配的技术不同。本文设计的高隔离度微带线型双工器采用先分别设计高、低阻抗线低通滤波器和电容问隙耦合带通滤波器，然后连接T型结进行匹配调整。
1．1 通道滤波器的设计
集总元件低通滤波器是现代网络综合法设计微波滤波器的基础。根据滤波器理论和一般的设计方法，在设计各种滤波器时，一般从归一化低通滤波器出发，通过函数关系可以变换为高通、带通或带阻滤波器。
如图2所示是一种双终端低通滤波器的梯形电路，g0，g1，g2，…gn，gn+1是电路中个元件的数值，它们是由网络综合法得出的。简单说来，网络综合方法首先是把传输系数(或其转移函数)确定为复平面上的函数，由此求出复平面上的输入阻抗。然后把该输入阻抗表示成连分数或部分分式，从而得到电路元件的数值。