[发明专利]一种短阶梯同轴功分器设计方法

说明书

本发明公开了一种短阶梯同轴功分器设计方法，包括以下步骤：步骤S1、根据设计要求设定高低阻抗变换金属杆中每节金属杆的长度为L，根据短阶梯同轴功分器设计所要求的参数以及设定的每节金属杆的长度L，计算高低阻抗变换金属杆的节数K；步骤S2、利用短阶梯切比雪夫阻抗变换理论计算前m节高低阻抗变换金属杆的归一化特性阻抗值；步骤S3、通过数据仿真和/或实物测量获得样本，构建基于GA‑LM混合算法的神经网络模型；步骤S4、通过基于GA‑LM混合算法的神经网络模型计算高低阻抗变换金属杆中每节长度最终值l以及直径。基于该种方法得到的最终值可直接用于实物加工，且由该方法设计的功分器并具有结构紧凑、工作频带宽、驻波比小。

技术领域

本发明涉及短阶梯同轴功分器设计方法。

背景技术

功分器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也可称为合路器。功分器在射频电路中应用广泛,是接收、发射及固态功率合成系统中不可缺少的无源器件，从结构上来分，功分器有微带型、波导型和同轴型等形式。同轴功分器多为电抗功分器，制作简单，插损小，功率容量大。目前，同轴结构功分器在市面上广泛应用于广播电视发射系统、蜂窝移动通信室内基站、室内分布覆盖系统以及现代雷达系统等。

广播电视发射系统中，天线馈线系统对其质量有着较大的影响，而功分器是天线馈线系统中的重要组成部分。由于广播电视发射系统功率通常较大，同轴功分器在天线馈线系统中极为常见，多应用于广播电视发射天线的馈电结构。广播电视发射系统一般工作在甚高频段和特高频段，传统的同轴功分器为实现宽带覆盖，多采用多节四分之一波长进行级联。由于工作频率较低则波长较长，导致功分器体积过大、成本高，不利于天线馈电网络的集成化。因此，短阶梯同轴功分器引起了大量研究，这种功分器中同轴腔内导体呈现高低变换，且每节同轴腔的长度均远小于四分之一波长。通常，运用小反射原理并结合直线式、指数式、二项式和切比雪夫等多种响应函数求解短阶梯同轴功分器的每节特性阻抗值。然而，计算出来的理论值并不能直接进行实物加工，通常需要再次结合某些给定的物理参数以及性能指标，借助仿真软件以及人工调试多次来得到最终值，并进行实物制作。这种设计方案效率很低。

因此，在保证其工作频带宽、功率容量以及驻波比的情况下，确有必要提出一种新的的短阶梯同轴功分器设计方法来解决现有技术存在的问题。

发明内容

本发明提出了一种短阶梯同轴功分器设计方法，解决了现有的功分器设计方法设计的功分器参数不准确，无法直接进行加工的问题。

本发明采用的技术手段如下：

一种短阶梯同轴功分器设计方法，包括以下步骤：

步骤S1、根据设计要求设定高低阻抗变换金属杆中每节金属杆的长度为L，根据短阶梯同轴功分器设计所要求的工作频段f₁～f₂、最大驻波比ρ、输出路数N以及设定的所述高低阻抗变换金属杆中每节金属杆的长度L，计算高低阻抗变换金属杆的节数K；

步骤S2、利用短阶梯切比雪夫阻抗变换理论计算前m节高低阻抗变换金属杆的归一化特性阻抗值Z₁，Z₂…Z_m，其中,当K为偶数时，m＝K/2；当K为奇数时，m＝(K+1)/2；