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正交模变换器的研制 正交模变换器的研制 研究生：林松 导师：钱澄副教授 摘要 随着通讯事业的发展和通讯频率的提高，大容量微波通信传输线路瞄准了“频率 复月”，目的在于经济地利用可用的通信频带。作为微波系统中用于分离或组合不同 频率信号的重要元件，滤波器和正交模变换器o m t ( o r t h o m o d et r a n s d u c e r ) 在数 字微波通信，卫星通信，雷达，电子对抗中都有着极其广泛的应用。 本文根据系统需求，提出了一种特殊的k k a 双频段o m t 结构，该o m t 同时在 频段上和极化方式上实现发送和接收信号的双工。文中简述了该o m t 的工作原理并 利用e d a 软件进行仿真和分析，仿真结果达到设计指标：插入损耗小于01 分贝， 极化隔离度于5 0 分贝。针对设计e 面波导带通滤波器，开发了用户界面友好，使用简 单的工程软件包( e p l a n ef i l t e r ) 。k a 频段e 面波导带通滤波器的实测通带插入损耗小 于1 分贝。一种结合电路仿真软件( a d s ) 和- - - 维电磁场仿真软件( a n s o f l h f s s ) 的方法 被用来设计消失模带阻滤波器，这种方法能将设计周期由几周缩短为几天。k a 频段 消失模带阻滤波器的各项实测指标完全满足系统需求。以上两种滤波器是作为提高 o m t 交叉极化性能的选配件。另外，本文提出了结合e d a 软件，利用阶梯阻抗变换 器原理进行设计和优化不同类型波导接口的方法。 关键词：正交模变换器e 面波导带通滤波器消失模带阻滤波器 东南大学硕士学位论文 d e s i g no fo r t h o - m o d et r a n s d u c e r m s c a n d i d a t e ：l i ns o n g s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f q i a nc h e n g a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o n ，t h eh i g hc a p a c i t ym i c r o w a v ec o m m u n i c a t i o n s y s t e mc h o o s e st h e “f r e q u e n c ym u k i p l ea c c e s s m e t h o di no r d e rt ou t i l i z et h ea v a i l a b l e f r e q u e n c yb a n da st h em a j o rc o m p o n e n t si nt h em i c r o w a v es y s t e m ，o m t ( o r t h o m o d e t r a n s d u c e r ) a n dw a v e g u i d ef i l t e r c a ns e p a r a t eo rc o m b i n et h e s i g n a l so fd i f f e r e n t f r e q u e n c yb a n d t h e s ec o m p o n e n t sa r ew i d e l yu s e di nt h ed i g i t a lm i c r o w a v er a d i o ，s a t e l l i t e c o m m u n i c a t i o n ，r a d a ra n de l e c t r o n i cc o u n t e r m e a s u r ee t c i nt h i s t h e s i s ，as p e c i a lk k ad u a lb a n do m ts t r u c t u r ei si n t r o d u c e dt h eo m t s e p a r a t e st h es i g n a ln o to n l yb yt h ed i f f e r e n tf r e q u e n c yb a n db u ta l s ob yt h ep o l a r i z a t i o n m o d et h eo m ti s a n a l y z e da n ds i m u l a t e du s i n gt h ee d as o f t w a r ea n da c h i e v eh i g h p e r f o r m a n c e ：t r a n s m i s s i o nl o s s 5 0 d ba ne n g i n e e r i n g s o f t w a r ep a c k a g e ( e p l a n ef i r e di s d e v e l o p e df o re - p l a n ew a v e g u i d eb a n d p a s sf i l t e r d e s i g nw i t hf r i e n d l yi n t e r f a c ea n de a s yo p e r a t i o nt h em e a s u r e di n s e r t i o nl o s so ft h ek a b a n de p l a n ew a v e g u i d eb a n d - p a s sf i l t e ri sl e s st h a n ld bi nt h ep a s sb a n dt h em e t h o d u s e dt od e s i g ne v a n e s c e n tm o d eb a n dr e j e c tf i l t e rs h o w sh o wa3 df u l l w a v ef i e l ds o l v e r ( a n s o f ti t f s s ) a n dac i r c u i ts i m u l a t o r ( a d s ) c a nw o r kt o g e t h e rt or e d u c et h ed e s i g nt i m e f r o mw e e k st od a y st h em e a s u r e dr e s u l t so ft h ek ab a n de v a n e s c e n tm o d eb a n dr e j e c t f i l t e r p e r f e c t l ym e e t w i t ht h e s y s t e mr e q u i r e m e n t ，t h et w of i l t e r s a r et h eo p t i o n a l c o m p o n e n t sw h i c hc a ni m p r o v et h ec r o s sp o l a r i z a t i o no ft h eo m ta 1 s o ，t h i st h e s i s i n t r o d u c e sa ni d e aa b o u td e s i g n i n gt h ed i f f e r e n tt y p e so fw a v e g u i d et r a n s d u c e rb a s e do n t h es t a g ei m p e d a n c et r a n s d u c e rt h e o r y k e yw o r d s ：o r t h o - m o d et r a n s d u c e r e - p l a n ew a v e g u i d eb a n d - p a s sf i k e r e v a n e s c e n tm o d eb a n dr e j e c tf i k e r 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位沦文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文 的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档 的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借 阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东 南大学研究生院办理。 研究生虢牲聋厶导师虢越日期：鲨堕冲 第一章绪论 1 1 概述 第一章绪论 正交模o m t ( o r t h o m o d et r a n s d u c e r ) ，也称双模变换器或正交模变换器，多年 来已得到广泛的应用，特别是在大容量通信系统中，可解决频率复用问题。o m t 在 同一频率上呵使用极化方式不同且相互隔离的信道，这样可容纳最大的信道数量。普 通的o m t 一般只表现为j 个物理端口，但在电气上是四端口器件，公共端口与馈电 喇叭接_ l 为方波导或圆波导，它提供了两个电气端l _ _ _ | ，分别分配给两个独立的正交模。 其余两个端i j ( 单信号接口) 由标准的波导端口或同轴端口构成，只传输各自的基 模。 o m t 可鉴别公共端口上两个正交主模的独立信号并将它们供给单一信号端口的 基模，使所有端l i 匹配，且在两个信号之间有高的极化鉴别能力。它的关键部分是具 有方j 眵或圆形截面的分支区，以及几个基模接头。对匹配和隔离的不利影响来自公共 部分。特别是分支区高阶模的激励，会影响天线的辐射方向图。为控制高阶模的产生， 可通过精心选择公菇端口横截面的尺寸，并利用对称分支结构在定程度内加以实 现。 尽管双极化传输在大容量通信系统中通用已数卜年，但文献中对其关键元件 ( o m t ) 设计的研究是极不充分的，无论是在微波书籍还是在微波和天线杂志中都 是如此，虽然只有少数几篇有关o m t 的文章，但是它们却几乎都介绍了特殊应用的 成熟设计。a m b o i f o t 在1 9 9 1 年首先列出了适用但不完整的各种o m t 清单。 1 2 o m t 的分类旧。 o m t 大致可分为窄带和宽带。 i 窄带o m t 这种o m t 旨在窄的j ：作频带( 通常小于1 0 ) 内追求高性能，即低v s w r 、 高隔离、低生产成本( 即结构简单) ，窄带o m t 主要有4 种形式； ( 1 ) 锥变分支o m t d i j t d 纵向锥变段形成o m t ( 如图l 1 ) ，该锥变在公共的方形或圆形横截面波导 图卜1 ：窜带锥变0 1 1 i t 与一个基模的标准波导接口之间提供对称的或 反对称的变换，锥变段与垂直于纵轴放置且位于 该区域顶部中央的波导分支组合，分支波导靠近 o m t 公共端口，其宽壁平行于锥变段的轴。位 于公共端口的主模喝。通过变换段并馈给o m t 的纵向波导端v i 。正交主模t e o 在锥变区内消失 因而被反射并耦合到分支波导端口。 东南大学硕士学位、硷文 ( 2 ) 膜片分支o m t 这种o m t ( 如图1 2 ) 使用均匀截止的公共波导，膜片的插入平分横截面。膜片 | 礴 骨批涡口】 图l 一2 ：膜片分支o m t 区域在矩形分支波导之后( 或局部) 与分支波 导重叠，波导分支位于公共波导相对于膜片的 垂直侧壁的中央，分支波导的宽壁一般与公共 波导的纵轴共线。加到公共端口的t e ，。模信号 在膜片的入口处分成两等份通过膜片区，再在 随后的波导中重新组合。正交的珥。模在膜片 区域消失并反射，最后耦合到分支波导中。 ( 3 ) 锐角或纵向i e 交模分支 这种o m t ( 如图1 3 ) 用其分支区表征，两个单一信号波导与公共波导的纵轴偏 离一个锐角如果所有分支波导( 公共通路和单一通路) 具有几乎相同的横截面，则 单信号分支端口可用膜片分支端口的横截面。因此只有分配的主模( 对膜片是垂直 极化) 才能通过相应膜片区，并传输到单一信号端口，而正交的模则消失。 在纵向分支o m t ( 如图1 4 ) 中，单一信号端口并排放置，与信号接u 相联的分 支波导的横截面彼此垂直，因此每个分支波导只适应公共波导的个专用主模，而相 应的j t 交极化模则消失。 图1 3 ：方渡导锐角分支o m t ( 4 ) 短路公共波导 j 皤i 奸辑精( 1 i 图l j ：短路公共波导窄带o m t 愆岛 图1 - 4 纵向o m t 分支 这种形式最简单( 如图l 一5 ) ，它是基于具有 两个矩形分支波导的短路公共波导，两个分 支波导位于公共波导的垂直侧壁上以适应各 自的极化信号。分支波导的宽边通常平行于 公共波导的纵轴，这种o m t 可用干匹配和隔 离要求不高的场合。 第一章绪论 2 宽带o m t 在特殊应用中，需要设计覆盖整个波导带宽9 0 的宽带o m t ，如通信系统的通 用多端口合成器、无线电天文学或无线电防御系统等。 o m t 公共波导内易激励高阶模，因而宽带o m t 公共波导中分支结构是关键， 它相对两个主模都是对称的，这样激励的高阶模数量最少。其要求的刑称性用双接头 法来实现。 相对于公共波导对称放置的一对相同的波导接头( 双接头) 分配给每一主模，因 此每个接头传输主模提供信号一半的能量双接头的3 d b 信号必须用附加的元件适 当组合，以便在一个接口端口上提供给定极化总的信号能量，所以一个完整的宽带 o m t 包括：形成五端口分支两个双接头的公共波导部分，两个功率合成器及适当的 互易元件。 由于对称的双接头结构不同，宽带的o m t 可分成两种基本形式； 第一种形式使用两个不同的双接头，第二种形式使用两个相同的双接头。如图1 - 6 所示，控制正交极化信号的公共方波导端日直接正对第一个双接头，该接头有标准波 导横截面端口p 1 和p 2 ；第二个双接头提供端口p 3 和p 4 ，该接头由一对分别位于 分支段t ：日对侧壁( 且相对于主模) 的e 面t 接头( 相应于主模) 形成。囚此主模7 _ e 。 的3 d b 信号分别馈给端口p 1 和p 2 ，对这种模，位于侧壁的双接头1 、目当于两个与标准 波导端口p 3 和p 4 才目连的h 面t 接头。 图1 6不同接头宽带o m t 的对称五端口分支 1 30 m t 研制状况 位于侧壁的双接头端口的宽带匹配是在分支 区内使用特殊形状的膜片实现的，该膜片与 壁联结并将纵向双接头分隔成端口p l 和 p 2 ，纵向双接头的匹配可用位于分支的双接 头端口入口处的电感棒来实现。 第二种o m t 的主要区别在于侧壁双接 头端口与配置的功率合成器的连接采用对 称的e 面弯波导。 国内外已经研制了多种形式的宽带倍频程正交模变换器 ( 1 1 鳍线o m t 鳍线o m t ( 如图l 一7 ) 的两个止交极化分量分别由两个同轴端口馈电，其中侧臂分支 波导由公共波导经鳍线耦合变换机构输出到同轴波导或脊波导，直通臂即主臂由公共 波导经弯波导和多级阶梯变换输出到同轴波导或脊波导。直通臂的公共波导中间加载 导体隔板，隔板的引入可以使平行于隔板的极化波完全截止而无法传播，垂直于隔板 的极化波则可以几乎无损耗地通过，公共波导中导体隔板的端部还贴有平面电阻带， 东南大学硕士学位论文 图1 7 ：蜡拽o m t ( 2 ) 同轴馈电四脊o m t 以便吸收公共波导中由于鳍线和分支波导激起 的高阶模。 澳大利亚的s t e p h e nj 研制了这种形式的o m t ， 在2 4 ：i 的带宽内获得优于1 5 d b 的反射损耗，这 种o m t 与波纹喇叭构成双反射面的辐射馈源， 其近轴交叉极化电平优于- - 2 5d b ，最大交叉极化 电平优于- - 2 0 d b 。 如图l 一8 ，两个正交极化分量分别由两个距 离很近且垂直放置的同轴端口馈电。可传输两个 正交极化电场分量的公共波导端口为四脊圆波 导或方波导。在c 、x 波段，2 ：2 ：l 的倍频带宽 内，反射损耗优于一1 5d b ，交叉极化电平优于一 2 0d b 而近轴交叉极化电平则优于一3 0d b 。 图1 一g ：同轴馈电四脊o m t ( 3 ) 波导馈电四脊o m t 这种o m t 通过适当调节两输入信号的相位和幅度，可产生各种可能的极化。如 图1 9 所示，从端口1 输入，则得到线性垂直极化波：从端口2 输入，则得到线性水 、r 极化波；从端口l - 2 等幅同相输人，则得到4 5 度线性斜极化波；从端口l 输入等 幅，但相位相对端口2 延迟( 或超前) 9 0 度则输出左圆( 右图) 极化波。这种全波 导带宽、耐高功率的o m t 由a d a m - - r u s s e l 公司设计，其每一端口只传输单一基模， 两端口的模在o m t 接头中正交合成，输出端口能传输这些正交模，并不产生失真或 微励出高次模，且保持正交模的高隔离性能。 图1 9 ：波导馈电四脊o m t 1 4 o m t 的研制方案 作为微波系统中用于分离或组合不同频率信号的重要元件，滤波器和双工器( 或 4 主堡堡 多工器) 在微波中继通信，卫星通信，雷达，电子对抗及微波测量仪表中部有着极其 泛的应用。 大容量微波传输线路瞄准“频率复用”，目的在于经济地利用可能得到的通信频 带，频率复用一般是用双极化天线波束来实现。即使是在同一频率上，利用正交极化 也能传输独立信号。普通的o m t 能起到线极化双工器的作用。 本文打算设计的o m t 是一个接收端 和发送端口分别在不同频段的o m t ，不仅 起到极化分离的作用，还起到频段分隔的作用。信号从馈电系统接收下来后，经过极 化器，将圆极化信号( r h c p 或l h c p ) 转换成方形或圆截面的相应线极化的主模 ( r e m 玛一。) 和碣， 碣。】) 。信号的最后分离是靠o m t 实现的。 茜先，根据制定的指标决定o m t 的结构。在参考了以上几种结构和一些i e e e 论 文后，设计o m t 的结构女t i t i n ( 1 一l o ) 。 图1 1 0 ：o m t 结构图 其次，考虑到隔离度的指标，在接收端加上消失模波导带阻滤波器，在发送端加ee 向波导带通滤波器。并对这两种滤波器分别运用不同的等效电路结台e d a 软件进行 殴计。 将整个o m t 分成圆波导到矩波导的t 接头区域，中心膜片区域，和圆波导到矩波 导转换区域。用模式匹配法分析了圆波导到矩波导的t 接头。用e d a 软件结合经典 算法快速设计圆波导到矩波导转换器。中心膜片区域用e d a 软件进行分析。 最后，在各部分的尺寸得到初步确定的情况下，用a n s o f th f s s 进行仿真和优化，并 进行容差分析和参数扫描。 东南大学硕士学位论文 第二章e 面波导带通滤波器的研制 滤波器是无线电技术中许多设计问题的中心，可利用它们来分开或组合不同的频 率，如在变频器、倍频器以及多路通信中。电磁波频谱是有限的，且须按应用加以分 配；而滤波器既可用来限定大功率发射机在规定频带内辐射，反过来又可用来防j 上接 收机受到工作频带以外的干扰。在阻抗匹配中也有类似滤波器的网络，如在两个不同 特性| ；且抗的传输线之间，或在有内阻的发生器与电抗负载( 如参量放大器中的二极管) 之间。有时需要得到一定的相位( 或时延) 特性，如脉冲压缩或展宽，或补偿其他滤波 器或色散结构( 如一段波导) 所产生的相位失真等，也需要滤波器。总之，从超长波经微 波到光波以上的所有电磁波段，都需要滤波器。 从传输线的观点，或从集总参数滤波器的观点，都可以研究微波滤波器。实践证 明，后观点对微波滤波器的总体设计更为有用。 微波滤波器可以按不同的观点进行分类：按作用分类( 如带通、带阻等) ；按结构 分类( 如同轴线、波导等) ：按工作方式分类( 如反射式、吸收式等) ；按应用分类( 如可 凋或固定调谐的) ：按加载方式分类( 如单终端的、双终端的等) ；按能量形式分类( 电 磁的、自旋波的、声的等) ；按频带大小分类( 如宽带、窄带等) ；按功率容量分类( 如 大功率、低功率) 等等。显然这些分类，多少有些随意性，因而在各种分类方式问都 会有相当的重叠。 实用中对微波滤波器的要求是各种各样的，人们也抱着不周的目的来查阅有关滤 波器的资料，有的人为了设计某一体系需要了解各种微波滤波器的结构、性能和选用 原则，有的人却要为某一部件选用特定的滤波器或寻找满足其特殊要求的设计方法， 还有的则要求为其他微波元件、器件的设计查寻方法或工具等等。在这一章和下一章， 主要是结合具体的滤波器介绍两种不同的设计波导滤波器的方法。 2 1e 面波导带通滤波器的等效电路及组成h 1 1 f 丽电路理论是七十年代初发展起来的，1 9 7 4 ，k o n i s h 等人较系统地推导了平面 电路的等效电路，并将其应用于带通滤波器的设计之后，平面电路在实际应用中的优越 性愈加明显，特别是在毫米波段，解决了用通常的立体电路无法解决的问题，因此，这种 电路发展很快，国内外许多文章都探讨过这方面的问题。 2 1 1 单膜片的等效电路及其特性 如图( 2 一1 ) 是插在矩形波导宽壁中问的膜片，厚度为c ，宽度为1 ，t l 和t 2 分别是膜片 1 的两个端面，中心参考面t o 位于z = 二f 处，通过计算，可以得到： 第二章e 面波导带通滤波器的研制 y 。 1 1t o12 黝。 图2 - l ：纵向单膜片波导( 横向视图，纵向视图) 在z o 时，有r o 。= f 。j 玎，其中：r o 。为此区间的特性导纳，只为传播常数，卵为特 性阻抗，k 。为自由空间波数，它们均为正实数，因此y o ，。为纯虚数，也就是说，是呈感性的。 l 在o z 妄f 时，有r 。= 一。j 。叩，其中：匕为此区间的特性导纳，z 。为此夹层波导的 传播常数，同理，y 。亦是纯虚数，呈感性。 1 z f ，二 z s f ，这二种情况与上砥两种情况类似，这里就不再重复了。 2 综上所述，在夹层波导以及端面附近，“消失波”主要是存储磁能所以膜片在整个 电路中均呈感性。 2 1 2 平面带通滤波器的组成及其等效电路 利用上面的结果，若在矩形波导中插入两片以上相隔一定距离的电感膜片，则膜片 2 问的波导段( 半波长) 构成一个个谐振电路，而膜片本身起耦合匹配作用，这就是构 成带通滤波器的基本模型。 通常，按照半波k 谐振器来设计这种滤波器。i n ( 2 2 ) 示出所设计的滤波器的等效 电路。带通滤波器的具体计算采用k 变换器办法，膜片与前后一小段波导组成一个k 变换器，若膜片之间的距离为l ，则有： 巾= 一t g ( 2 x ，七x 。、一t g x 。 妒，圭妒= 妒 具体的关系以及工程计算，详见2 , 2 节，k 变换器的推导详见第三章。 坳 ， t 上勿 + 卜 + 夸陬” 培 丌 一2 = = l | 彪 g 东南大学硕士学位论文 k 图2 2 ：由电感膜片和波导段组成的等效电路及k 变换器 因为纵向膜片在波导中呈现的电感特性与几何尺寸有关，根据波的连续性原理以 豇。= l ，：豇。= i ( 1 y2 ) - 1 y ( 1 ) ；其中y j 为z = o 处的归 化输入导纳 ，：垡娑妒 y o ，旧钆( 跏出l g “= y 0 。谚，( x ) 哆。( x ) + 匕，o j o , ，( z ) 吮( z ) 0 2 ：c 叭h r , w酣：t a n h 掣 ( z ) = 辛一1 “i 2 v 石x ，v = l ，2 n 谚，( ) 分v a u 衣不- - - 在z 0 区间的特性导纳及沿x 轴分布的波函数。 。t 。， ，( x ) 分别表不- - o 蔓z s = 1 f 区间的特性导纳，夹层波导传播常数以及沿x 轴 分布的函数。 进行适当的数字处理后，u j _ 以得出x s 及屯的表达式如下： x ，( f ，a ，d ) = s le x p ( s 2 d ) + s 3 x 。= ( t 。，a ，d ) = p 1e x p ( p 2 d + p 3 l n ( d ) ) 44 以= ( c 肌m ) t ) d p 。= ( u ，。( ，m ) t ”) 口 第二章e 面波导带通滤波器的研制 以上各式中c o ( k ，m ) ，u 。( ，m ) 由最小平方和线性插值技术求得，并列表如下：2 c ( k 嘲：知7 0 0 1 s t10 0 3 f o r0 , 0 31 t o 0 5 1 c # m ) = 0 ) c 晴”：)“t 驯 c k 7 7 j ) g ( 女i ( ，h ) q ( km )q ( k 啪g 晴)g ( k m ) lo，jj 二l s ；9 e 11s 1 7 35 i e 一!11 0 8 l l o e + 4 9 1 1 3 3 8 1 e + 5 + 1 3 3 4 7 2 1 e + 738 3 5 7 2 4 e 018 3 17 0 2 e + 271 3 4 6 5 4 e + 3 5 9 6 7 6 s o e - 4 1 ：j3 3 0 1 8 4 e - a- 10 4 5 4 4 2 e + 311 l5 9 8 8 e + 507 8 7 8 6 6 e - 67o 。6 7 9 t e - 71 2 5 6 6 5 8 e + ll1 9 4 3 r e q3 1 弘2 e + 426 1 6 9 6 4 e + 5 1 1! l3 3 5 7 7 e 一1 11 15 0 1 8 e 一3 ! l5 6 2 3 0 e + 591 7 6 8 7 9 e 。613 4 3 6 3 6 e + 8s 1 1 8 3 5 4 e 0- 10 7 6 0 5 6 e - 37 6 “s l e 439 7 17 0 5 e + 5 1 j：7 2 1 2 9 6 e - 110 38 2 8 2 e + 318 0 2 3 3 2 e * 376 0 3 1 0 8 e + 6l1 1 4 9 6 2 e + 866 5 5 8 7 了e 085 6 7 1 9 ! e - 228 3 9 8 0 5 e + 414 0 8 6 8 9 e j 1 _12 4 9 2 5 l e - 17 0 2 9 1 9 】b - 2jj 1 0 4 2 2 e 十：22 9 6 1 5 8 e 633 7 5 4 9 7 e + 773 8 7 s 4 3 e o7j 1 7 4 4 9 e 一1j0 0 5 7 4 2 e + 345 1 l5 2 l e q 19 5 5 0 9 2 e 枷 28 2 4 0 3 1 e + 323 9 2 4 6 4 e - - 5 87 5 0 0 8 4 9 + 61 13 8 8 7 9 e 8 17 5 1 3 4 1 e 电 1 ；6 0 4 9 2 e + 442 0 6 0 9 1 e + 5，37 3 6 7 7 4 e - 6 6 58 2 6 3 e + l86 1 1 3 0 7 e - 3，59 6 1 6 0 l e + 524 4 i 4 2 0 e + 734 3 l ! 1 4 n s48 5 1 8 4 9 e + 238 3 8 7 1 4 e + 410 6 8 6 4 2 e - 696 9 6 8 7 6 e 娟 80 9 7 2 0 。e 一17 8 3 9 1 1 0 e + 313 6 6 9 0 9 e + 516 7 3 7 2 7 e + 612 2 8 3 2 4 e 十s- 15 2 2 0 6 1 e 帕10 4 6 0 4 9 e _ 42 6 2 3 8 9 e 一519 3 9 9 8 7 e 十6 、； 之37 8 15 4 e + 123 5 3 9 2 7 e + 4i4 2 9 【8 9 e 640 7 1 1 1 9 e + 73 9 8 4 i5 6 e 书11 8 1 9 1 3 e + 310 5 2 2 e + 516 7 8 0 9 8 e - 6 + 12 “3 6 0 e - 7 10 9 6 2 7 8 e + l13 0 5 1 l8 e + 489 6 7 5 0 8 e + 327 1 0 7 4 2 e 729 6 7 4 9 2 e + 872 9 5 7 9 7 e + 26 2 6 1 8 6 0 e - - 416 2 12 4 3 e + 6l3 8 9 5 2 0 e + 7 ：! l2 0 2 1 1 ：- 060 2 8 9 7 9 e + 2j0 15 8 6 4 e 一- 17 4 0 7 3 7 e + 611 5 7 5 7 5 e 7- 11 9 8 9 2 6 e + 198 0 1 7 3 8 e + 226 9 8 0 6 e , - 42 私8 4 4 8 e 十5 14 8 0 2 3 4 e 一118 3 6 5 8 8 e - 323 2 9 6 7 1 e + 38 0 8 6 7 4 了e 一610 0 3 8 0 5 e 娟6 0 7 7 6 9 4 e 1s2 7 9 3 7 4 e 十3l4 6 3 7 1 8 e + 5- i3 a s e - 6 j135 6 8 2 2 l e 一18 8 7 7 6 4 e + 33s 5 3 8 1 0 e - 5- t3 3 6 0 1 4 e 7l 嘶0 8 5 6 e 811 3 6 8 4 6 e + 2l0 5 4 9 8 1 e + 429 4 9 4 e + 526 7 8 1 2 0 e + 6 ，5 7 5 6 2 8 e - - l35 4 4 3 3 8 e 16 4 5 2 9 8 n 591 3 1 7 4 9 e 一611 3 6 5 6 4 e + 89 4 3 0 7 0 1 e + 】- 92 8 9 5 4 l n 32 6 1 7 6 0 8 e + 513 7 8 2 5 6 e - 6 3 jl3 9 9 2 6 2 e 一191 9 6 4 7 8 e + 261 4 0 8 35 e o20 9 2 8 8 8 e + 616 0 5 l5 3 e + 728 1 5 6 8 8 e 130 2 9 8 8 7 e + 3罐6 3 0 1 9 4 e + 4 78 5 0 5 5 8 e + 5 t 竹7 们：如r00 11 f 二0 0 3 f or + 0 0 31 ，二o 0 5 ( g ( k m ) = 0 ) ir ：i ( ir 小 己| ( 女0e ( ，川) 瓦f 女，州玩( 1 f h )砜( 啪 c - ”j ) 醍啦啪( 女1 1 7 ) 10j7 4 2 0 5 7 e + 092 4 2 2 6 2 e + 286 3 6 3 l 旺一432 0 5 0 1 3 e 面 42 3 7 7 1 5 e + 7 1 4 8 6 9 j 6 e 一12 0 1 6 8 3 9 e + 3 j3 7 7 7 0 3 e + 44j 5 2 2 3 e - 一5 【l- 1l9 7 0 7 0 e + l26 0 8 3 5 5 e + 313 3 7 5 3 1 e - 58 9 2 4 9 4 2 e + 6 一i2 0 0 9 3 9 e - - 872 9 5 5 7 1 e + l56 4 1 1 2 轾一3- t4 7 6 0 2 9 e 一5i2 7 2 8 6 7 e 十6 l167 8 9 4 5 9 e + 011 2 4 0 1 1 e + 2 77 9 0 0 4 7 e + 3 99 8 2 0 1 4 j21 1 0 7 0 8 e + 723 9 6 1 0 6 p 1 e9 2 2 2 9 4 n !l2 4 6 7 0 眨2 2 6 1 9 3 5 e _ 4 l ：1l 舭1 9 5 e + l，48 2 1 3 7 2 e + 34 0 3 5 5 6 5 e j14 0 3 融5 e + 7l7 4 2 0 3 6 e + 88 7 0 1 2 3 6 e 。1 82 7 7 8 4 7 n 313 5 轴5 琵= j一217 9 7 8 8 e - 6 ：48 8 3 5 2 51 e 蝴30 7 8 l7 0 e + 326 2 4 0 4 0 e j93 2 8 5 5 8 e 61l 8 3 5 8 2 e + 862 0 2 1 6 4 e + lj5 3 9 9 4 7 e 15 勒6 8 2 e 5l4 0 1 1 8 0 e 6 ：201j i i ；7 8 e + 192 3 2 9 9 3 e + 379 5 2 1 0 0 p 518 8 9 7 8 5 e - 737 4 7 蹦2 e + 813 2 3 i 1 1 e + 210 8 1 4 l i e - 432 如o l o e j313 3 6 3 4 三托 1 1 ：0 e 、0 0 # 一1 g 8 3 5 l9 1 e + 4j6 4 9 8 1 9 e + 617 8 2 3 5 0 e + 8 36 1 2 2 4 0 e 一957 7 7 0 8 8 e + 238 3 9 2 8 8 e 卅一- g 9 e - 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610 能e 1 旺一8- 113 8 9 9 3 叶181 4 8 3 0 8 e 319 9 4 3 e - - 515 s j w l e “ 二j 11 旺110 6 7 4 7 l e + 2s1 9 1 9 2 2 e 一38i 9 8 8 0 3 e 516 5 7 9 1 1 e + 711 8 8 5 7 3 e + j13 2 9 2 3 8 e + 317 9 9 8 8 0 e - - 4 - 17 7 3 6 5 4 e + 5 表2 1 2 2e 面波导带通滤波器的设计过程嘲 各参数说明如下： w 为相列带宽，f o 为通带中心频率，z 为通带下边带截止频率， 为通带上边 带截止频率，正为阻带上边带截止频率，厶为阻带衰减，l a 为通带纹波，九为自由窄 东南大学硕士学位论文 间的波长， ( 1 ) 由程序输入的z ，2 ，解出厶和w 五。i 。f 石乌： 、 争加争w ( 2 ) 由程序输入的l s ，工和l a 得出滤波器的阶数n l s ，。，。s 1 + e 2 x c o s h jnocosh-i(一flsin(zf,fo)，其中cs2=-。“，i。一， ( 3 ) 依据经典滤波器理论，由确定的阶数n 计算出原型低通滤波器的g ( o ) 到g ( n 一1 ) 以及k 变换器的蚝 n = s i n ( z ( 2 i 一1 ) 2 n ) b i = s i n h 2 ( f l 2 n ) + s i n 2 ( i z n ) = l n ( c t h ( l a l l 7 3 7 ) ) ； g ( 1 ) = 2 a l is i n h ( f l l 2 n ) ；g ( i ) = 4 a h a 。包一i g ( i 1 ) ( i _ 2 3 ( n 一1 ) ) ； k 0 - i = 。i = ( z w l 2 1 9 ( 1 ) ) ： k i = k 一。= z w 2 ( g ( i ) g ( f + 1 ) ) “2 ( 4 ) 一备滤波器中的尺寸对于波导波长进行归一化得： t = t &a = d d 1 = d 2 0 ( a 为波导的宽边，t 为膜片的厚度) ( 5 ) 将k u 代入f 而这个方程组，可以解出d j ，矗，x ，其中d ；为第i 块膜片的归化 宽度。x 。，为第i 块膜片及其前后波导的等效电路参数( 如图2 - 2 所示) x 。= ( f ，a ，d ) = p 1e x p ( p 2 d ，+ p 3 l n ( d ，) ) ( c ( a ，m ) t ) 2 ( u 。( 女，m ) t ) “” h 。， l + 2 x s i x m + z i 1 0 第二章e 面波导带通滤波器的研制 c ，( ，m ) ，u ，( k ，m ) 的值由查表2 - 1 得出。 ( 6 ) 一每_ 。，x 。分别代入下面两式，能计算出l 1 ，= ( o 5 + ( 谚+ 谚+ ，) 4 z ) ( 1 一( 凡2 1 a ) 2 ) “2 谚= 一t a n ( 2 x 。，+ x s i ) 一t a n l ( x ，) 其中t 为第i 个谐振器长度。 2 3 工程软件包开发说明 理论技术的实用化一直是一个重要的课题。只有能够解决实际问题，转化为生产 力，理论技术才可以真正产生效益。因此，在本课题中开发了用于设计e 面波导带 通滤波器的工程软件包。希望能够在理论技术的实用化方面做出一些有益的尝试，接 下来将简要介绍这个软件包的开发思想和实际的应用。 软件不同于般程序，一个显著的特点是：它是一组预先规定的程序步骤的集合。 特别是针对工程计算而言，一般程序起到的作用仅仅是作为一个计算器，用于给出在 止确输人情况下给出正确的计算结果。而相应的软件则不然，它不仅需要能够做出正 确的计算，还需要有良好的人机接1 3 。通常情况下，它应当具有以下几个特点： ( 1 ) 可靠性根据技术系统可靠性的定义个系统在规定的外部条件下，按 j ； c i 规定的功能，能够运行一段规定的时间的概率，g o o d e n o u g h 在文献中剥软件可靠 性做出了如下定义，即“程序出错的频度和严重程度。这里出错指的是在允许的工作 条t l = q ：出现的不可能接受的结果或行为。”这就要求建立可靠的算法理论。 ( 2 ) 容错性容错性的定义是指在程序出现异常情况时，如错误的操作或非法的 输入，可以自动进行处理或更f ，并做出正确的响应。 ( 3 ) 可维护性即维护人员理解、更正、改动和改进这个软件的难易程度。根据 bw b o e h m 的定义，包括可测试性，可理解性和可修改性三方面的内容。 为了使本工程软件包能够具有上述特点，按照软件工程的方法进行了细致的分析 和考虑。一般说来，软件的开发包括三个步骤：软件定义，软件开发和软件维护。其 中软件的开发和软件的维护属于具体的编程细节，在次不拟详细地讨论。而软件的定 义是确定软件开发： 程必须完成的目标；确定工程的可行性；导出实现工程目标应该 采用的策略及系统必须完成的功能：估计完成该项工程需要的资源和成本等诸多方 面。通常，这些工作可以被划分为三个阶段： ( 1 ) 问题的定义这一阶段需要解决的问题是“编写这