在微波技术领域,两个不同截面波导的匹配连接是一个经典研究课题。阶梯式阻抗变换器和横截面尺寸连续变化的渐变阻抗变换器常被用来展宽电路的工作带宽并降低反射。为了改进匹配效果,这两类传统匹配电路的长度通常会增加。此外,波导匹配电路一般需要分为多个部分分别加工并装配,加工误差和装配误差的叠加,可能造成传统匹配电路的实际性能显著偏离设计指标。本论文的工作是所在研究团队“基于复杂截面传输线紧凑型匹配电路的系统研究”项目的一部分。在传统匹配电路的设计方法中,微波理论,特别是解析理论发挥着重要的作用。传统设计方法的一个不足之处在于,构成匹配电路的传输线一般所选的横截面形状比较简单,如矩形、圆形等。因此,在微波理论的指导下,借助功能强大的三维电磁仿真软件,比如HFSS和CST,把具有复杂结构横截面(以后简称为复杂截面)的传输线用于构成匹配电路,将可能在电路的紧凑性、匹配效果等方面开辟出新的设计思路。本文将研究如何采用一级或两级复杂截面传输线来设计新型的波导匹配电路,包括三种半高波导匹配电路和一种二路波导功分器。这些新型匹配电路将具有易加工、宽带、结构紧凑等特点。本文的主要工作如下:1、传统一级、二级和三级波导阶梯匹配电路的设计。这些设计将演示传统的波导阶梯匹配电路的设计方法和步骤。在本文中,新型匹配电路将与这些传统的匹配电路设计进行对比,从而显示出新型匹配电路的优点。2、研究了二级复杂截面传输线半高波导匹配电路的设计方法,包括模型的建立、初始结构参数的设定到电路的整体优化。这里的复杂截面传输线的形状在上下左右两个方向都是对称的,由多个邻接矩形(以后简称为多邻接矩形)所定义。我们设计加工并测试了一个背靠背的样品电路。测试结果与计算结果良好吻合。与传统二级波导阶梯匹配电路相比,该新型匹配电路的结构紧凑,带宽较宽。3、研究了准平面二级复杂截面传输线半高波导匹配电路的设计方法(所涉及的复杂截面传输线的形状左右方向为非对称)。该准平面结构有利于微波电路的低成本加工和集成化,并具有结构紧凑的特点。4、研究了准平面单级紧凑型复杂截面传输线二路波导功分器的设计方法。这里的复杂截面传输线的形状为左右方向对称,由上述与输入波导和输出波导都齐平的多邻接矩形所定义。与传统的波导二路功分器相比,新型二路波导功分器结构显著简化,长度得到明显缩短,并可以在更宽的带宽内工作。5、研究了单级五矩形复杂截面传输线匹配电路的建模和设计方法。这里的复杂截面传输线的形状在上下左右两个方向对称,由位于中间的一个矩形和位于该矩形各个角上的一共五个部分重叠的矩形(以后简称为五矩形)所定义。其性能与传统的二级匹配电路相当,结构简单,长度短,很容易通过传统的数控机床加工得到。我们设计加工并测试了一个背靠背的样品电路。测试结果与计算结果良好吻合。6、借助单级五矩形复杂截面传输线匹配电路研究了复杂截面传输线匹配电路的机理。对复杂截面传输线匹配电路解析理论比较困难,我们采用数值模拟来计算。通过对复杂截面传输线阶梯的电路模型中各界面的反射系数的计算,分析复杂截面传输线匹配电路的机理。最后,对本文的工作进行了归纳总结,并进行了下一步工作的展望。