轉接器設計與量測

為了量測饋入器圖 3.5(a)的耦合器特性，在接收頻段 2.2~2.3 GHz 內需設計 一個轉接器結構，此轉接器包含轉接器波導管結構與相位控制電路，最終可產生 TE₁₁模與 TE₂₁模。其中轉接器波導管結構如圖 4.1 所示，此結構下端口封閉，上 端口開放，波導管內部半徑與耦合器同樣為 75 mm，內部高度為 100 mm。訊號 從四個 SMA 接頭饋入，如桃紅色所示。四個接頭皆在同一水平面，並且每隔 90 度分布在圓柱波導管壁上，橫向圓柱體為匹配結構，可增加 port1~port4 饋入能 量，隨著 4 個 port 饋入訊號相位不同的組合，會激發波導內部不同模態。

圖 4.1 轉接器波導管結構

根據圖 4.1 具有對稱性的結構，模擬單個 port 的反射係數即可，結果如圖 4.2 所 示，在接收的 2.2~2.3 GHz 頻段內反射係數小於負 20 dB。

圖 4.2 轉接器波導管結構反射係數模擬

根據圖 4.1 接頭的編號，當編號 1 與編號 2 的角度設為 0 度，編號 3 與編號 4 的 角度設為 180 度，可產生如圖 4.3 的TE₁₁模態。將編號 1 與編號 3 的角度設為 0 度，編號 2 與編號 4 的角度設為 180 度，可產生如圖 4.4 的TE₂₁模態。

圖 4.3 TE11模態圖

圖 4.4 TE21模態圖

編號 1 ~ 4 的相位控制可透過圖 4.5 的五個 port 電路完成，特性描述如下：

sum port 為輸入端，port1~port4 為 -6 dB port，port1 與 port3 理想差 180 度；port2

與 port4 理想上也差 180 度；port1 與 port2 理想差 0 度；port3 與 port4 理想 差 0 度。

圖 4.5 相位控制電路

此電路的反射係數模擬結果如圖 4.6 所示，在接收頻段內最差為 -19 dB。

圖 4.6 相位控制電路反射係數模擬

以 sum port 為輸入端，port1 與 port3 為輸出端，此時 S²¹大小模擬結果如圖 4.7 所示，皆在 -6.2 dB 附近，符合功率一分四的概念。

圖 4.7 hybrid 電路 S₂₁大小模擬

同樣以 sum port 為輸入端，port1 與 port3 為輸出端的 S₂₁相位模擬結果如圖 4.8 所示，2.2~2.3 GHz 接收頻段內的 port3 相位減去 port1 相位在 -178° ~ -186°，在 2.25 GHz 的相位差 182.21°。

圖 4.8 相位控制電路 S₂₁相位模擬

實作的轉接器波導管結構俯視與側視分別如圖 4.9(a)與(b)所示，其中圖 4.9(a)的 四根金屬柱為匹配結構，而實作的相位控制電路如圖 4.10 所示，其詳細尺寸將 列於第四章第三節。

(a) (b)

圖 4.9 (a)俯視轉接器波導管實作結構 (b)側視轉接器波導管實作結構

圖 4.10 相位控制電路實作

考量 adapter 返回與穿透損耗特性的實際量測情況，是採用圖 4.9 的結構對接量 測方法，如圖 4.11 所示。兩個波導管內的模態由兩組圖 4.10 相位控制電路的接 法決定，而波導管與電路之間接線長度為 36 英吋，共八條半硬式線材，量測的 穿透損耗特性將用來校正單一個 TE11模與 TE21模轉接器的損耗。

圖 4.11 轉接器對接量測實況

將轉接器與相位控制電路的 S 參數匯出後，透過 ADS 模擬軟體，進行轉接器對 接的模擬，在接收頻段 2.2~2.3 GHz 內，量測饋入器時激發源有TE₁₁模與TE₂₁模，

當兩邊激發源同為TE₁₁時，模擬結果如圖 4.12 的虛線所示，而量測結果如圖 4.12 的實線所示。在 1.986 GHz 與 2.089 GHz 有 0.01 GHz 的些微頻飄。其中週期性 現象主要是線材造成，單獨量測可以看出，當線材長度越長時，此現象越顯著。

圖 4.12 轉接器 TE₁₁激發源反射係數的模擬與量測

當兩邊激發源同為TE₂₁時，模擬結果如圖 4.13 的虛線所示，而量測結果如圖 4.13 的實線所示，量測較模擬頻率往低頻飄移 0.025 GHz。

圖 4.13 轉接器 TE₂₁激發源反射係數的模擬與量測

在接收頻段 2.2~2.3 GHz 內，TE₁₁模激發源的穿透係數如圖 4.14 所示，實線平均 為負 6 dB，所以單一個轉接器、線材與線材共損耗 3 dB。線材單獨量測時有 0.7 dB 損耗，電路有 0.3 dB 損耗，所以轉接器有 2 dB 的損耗。

圖 4.14 轉接器 TE₁₁激發源穿透係數的模擬與量測

在接收頻段 2.2~2.3 GHz 內，TE₂₁模激發源的穿透係數如圖 4.15 所示，實線平均 也為負 6 dB，因此轉接器也有 2 dB 的損耗。

圖 4.15 轉接器 TE₂₁激發源穿透係數的模擬與量測