基于HFSS仿真的一种新型大功率同轴信道合成器*

赵永梅 ，安 利 ，祝 瑞 ，张健穹

（1.空军工程大学 理学院，陕西 西安 710051；2.西南交通大学 物理科学与技术学院，四川 成都 610031）

由于集群移动通信技术的快速发展，频谱资源显得极其匮乏，低损耗、大功率、高隔离的集群通信信道合成器越来越受到重视[1]。现有的集群通信信道合成器主要有同轴窄带点频和宽带微带线结构两种[2]。同轴点频信道合成器虽然插损小，但是带宽窄、信道容量小，实现起来宽带体积较大，运输也很困难[3]。微带线结构插损大、功率容量小，要实现宽带，需采用多级级联的形式，这样体积较大，且插损会更加恶化，影响系统的安装。传统的同轴功分器也可以实现信道合成的功能，但是隔离度比较差，不适合信道功率合成[4-5]。微波高频无源器件与其他电子元器件不同，都是按照系统的实际需求进行研制生产的，并没有完全统一的规格标准[6-7]。而目前国内市场上同类产品的指标基本保证在：回波损耗小于-15 dB，隔离度在 15 dB～20 dB之间，功率不超过 50 W[8-9]。因此，研制一款基于同轴结构的高隔离、大功率、宽带信道合成器具有很大的实际意义。

在最近几年出现了大量的微波电路仿真软件，其中，高频结构仿真器HFSS（High Frequency Structure Simulator）是一种电磁场三维仿真软件。而且由Ansoft HFSS和Ansoft Designer构成的Ansoft高频解决方案，是以物理原型为基础的高频设计解决方案，提供了从系统到电路直至部件级的快速而精确的设计手段，几乎覆盖了高频设计的所有环节。因此，本文使用HFSS对功分器进行建模仿真也是合理的[10]。

工作频带在310 MHz～410 MHz也满足了设计要求。4信道的插入损耗在6 dB左右，接近插入损耗的理论值。由于同轴腔体的内导体在折弯时不能同心，使天线端口的阻抗匹配性能受到影响，输入输出端口反射损耗的测试结果较仿真结果有微小的差距，但端口反射损耗均在-21 dB以下，满足技术指标要求。

本文论述了一种新型大功率同轴信道合成器。该合成器通过采用单节1/4波长阻抗线加功分级联的形式，直接对金属材料进行机械加工成同轴腔体，并且采用二级级联形式，适当优化同轴结构尺寸使得工作频带可达310 MHz～410 MHz功率。仿真和实际测试结果表明，该信道合成器具有功率容量大、隔离度高、工作带宽宽及插损小等特点，能满足宽频带高频信号合成传输，因此广泛用于公安集群通信、井下通信、森林以及消防通信系统中。由于其能够承受200 W的连续波功率，所以在安集群通信以及井下通信系统中具有良好的前景。

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