本发明专利技术公开了一种适用于毫米波频率高端的波导多路功率合成/分配器。该径向波导功率合成/分配器基于圆波导高次模式TM01模，包括一个矩形波导输入端口，一个模式转换器、一个圆波导，一个匹配结构以及若干个(n≥2)矩形波导输出端口。矩形波导中的TE10模经模式转换器在圆波导内激励起TM01模，从而实现圆波导横截面上场分布的时空对称性，经多路功率分配器实现圆波导内TM01模到n个矩形波导TE10模的模式转换和能量分配，每个输出端口的信号等幅同相。该发明专利技术避开了使用同轴线的TEM模，其好处主要是电路的尺寸更大，降低了加工要求、并且功率容量大，损耗小。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及毫米波功率合成/分配
，具体涉及一种基于圆波导高次模径向功率合成/分配器。
技术介绍
毫米波具有波束窄、频带宽、抗干扰能力强和信息容量大等优点而受到各界关注，而毫米波功率放大器又是毫米波系统的关键部件，被广泛运用于军事雷达系统、射电天文学和太空以及无线高速传输等领域，有着巨大的应用价值和市场前景。受益于半导体材料、工艺等技术的发展，固态功率放大器输出能力得到很大提升，然而单个固态器件的输出功率仍是有限的。采用组合多个相干放大器的功率合成技术可以将放大器的功率输出能力成倍提升，从而达到取代中小型行波管的目的，可实现体积小、重量轻、可靠性高、寿命长、电压低、失效率低等优点。功率合成技术的关键是要实现多路数、宽频带、低损耗、高平衡性的功率合成/分配网络，将一路输入信号分为若干路支路信号，再将放大后的支路信号用功率合成网络合成，最终系统的输出功率等于每个固态器件输出功率之和，从而实现输出功率的倍增。在物理结构上，径向波导的角向方向具有中心对称性，对于每个支路信号而言，经过的路径相等，可以实现良好的幅度平衡性。同时径向波导属于波导传输结构，具有插入损耗小、功率容量大等优点，在毫米波功率放大合成电路中具有巨大的优势。Yazhou Dong, Sh1-wei Dong等人研制了一种多路合成式功率放大器模块，，该段多路功率合成放大器的核心电路是一个基于TEM模的同轴径向功率分配器，先将矩形波导过渡为同轴线，在利用同轴线TEM模激励径向功率分配器，每个输出端口可以获得等幅同相的信号，经固态器件放大后，再合为一路。该电路中，同轴线的尺寸非常小，需要非常严苛的加工和装配要求，制造成本高且成品率低，当工作频段更高时，尺寸更小，这种结构就更加难以实现。另外，同轴线的功率容量远小于空心波导，损耗远大于空心波导，因此不适合大功率使用。本专利技术采用圆波导代替同轴线结构，利用圆波导中的高次模TMm模作为工作模式，具有场分布的中心对称性、功率容量大、损耗小以及电路尺寸大等优势，适用于毫米波高端频率的应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够适用于毫米波频率高端的波导多路功率合成/分配器，利用模式转换器在圆波导中激励起TMm模。TMm模是空间对称模，因此在各个分配端口可以得到等幅同相的信号。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是:该径向波导功率合成/分配器包括一个矩形波导输入端口，一个模式转换器，一个圆波导，一个匹配结构以及若干个(n ^ 2)矩形波导输出端口。矩形波导中的TE1。模通过模式转换，在圆波导内激励起一个了1。1模，从而同时实现圆波导横截面上场分布的时间对称性和空间对称性；该圆波导输入口、匹配结构以及若干个(η>2)矩形波导输出端口，可以实现TMm模到η个矩形波导TE 10模的模式转换和等幅同相功率分配。进一步的是，所述矩形波导为BJ900标准矩形波导。进一步的是，所述的模式转换器匹配结构位于矩形波导与圆波导激励口之间，用于激励TMtn模。进一步的是，所述径向功率合成/分配器的输入信号为TMm模，分为η多2路矩形波导的TE1。模，每个输出端口的等幅同相。其中匹配结构为一个薄的大圆台。本专利技术的有益效果:该径向波导功率合成/分配器利用模式转换实现输入矩形波导TE1。模到圆波导TMm模的转换。圆波导内TMm模的场结构关于圆心呈时空对称性，能够用于径向功率合成/分配器，得到η路等幅同相的支路信号。该专利技术与使用同轴线的TEM模相比，其好处主要是电路的尺寸更大，降低了加工要求，并且功率容量大、损耗小，尤其适用于毫米波高端频率。【附图说明】图1是本专利技术基于圆波导高次模TMOl的径向波导功率合成/分配器的结构示意图；图2是本专利技术基于圆波导高次模TMOl的径向波导功率合成/分配器中的分配器示意图；图3是本专利技术基于圆波导高次模TMOl的径向波导功率合成/分配器的曲线图；图4是本专利技术基于圆波导高次模TMOl的径向波导功率合成/分配器应用于功率合成电路示意图；图5是本专利技术基于圆波导高次模TMOl的径向波导功率合成/分配器应用于功率合成电路的曲线图；图1中标记说明:输入端口 1、模式转换器匹配2、圆波导302、圆波导激励口 301、输出端口 Ρ1，Ρ2，…，Ρη。图2中标记说明:分配器4，其剖面显示了其匹配结构401，401包含薄台402。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作进一步的说明。如图1所示，该径向波导功率合成/分配器1，是由圆波导302 —端连接模式转换部分2，另一端连接分配器4构成。所述径向波导功率合成/分配器输入端口 1，输出端口为Ρ1，Ρ2，…，Pn(η彡2)。如图3所示，该分配器4，包括圆波导302、输出口 Pl，Ρ2，…，Pn(η彡2)、匹配结构401，所述匹配结构401由一个薄台结构402构成。在上述实施方式中，输入信号模式为TE1。模，从矩形波导端口 I输入，通过模式转换在圆波导302的激励口 301激励起TMqi模。圆波导中的TMJt，可以通过分配器4分为若干路，其中匹配结构401可以使输入端口 I的反射系数最小，所述匹配结构401由薄台402构成，分配器4从而实现圆波导302内TMJt到矩形波导输出端口 Ρ1，Ρ2，…，Pn处TE丨。模的功率等幅同相分配。另外，将一对径向波导功率分配器的输出口对接，可以实现信号能量的分配与合成，可以广泛用于微波毫米波功率合成放大器中。实施例在该实施例中，如图1所示结构，径向波导功率合成/分配器工作于W频段，工作频率90?98GHz，输入端口 1、输出端口 P1，P2，…，Pn为BJ900标准矩形波导，尺寸2.54mmX 1.27mm,圆波导302的直径为2.8mm。信号由端口 I输入，经过模式转换器转换为圆波导302内的TiUt，再经分配器4等幅同相分配到输出端口 P1，P2，…，Pn，此实例中，η = 12，每个输出端口的耦合量为-10.log (η) = -10.73dB。各端口关于圆波导302中心对称，具有良好的幅相平衡型，各端口的S参数如图3所示，输入口的回波损耗小于-19dB。将一对径向波导功率合成/分配器的输出口对接就可以用于功率合成放大器中。如图4所示，将输出端口用微带探针耦合到微带线上，接入放大器将分配出来的信号放大后，再微带探针耦合到合成器的各输入端，就能实现信号功率合成，其S参数如图5所示，在91-97GHz范围内，端口回波损耗小于_16dB，插入损耗小于0.2dB。该专利技术在毫米波，尤其是毫米波频率高端的功率合成电路中具有极大的应用价值。【主权项】1.基于圆波导高次模TMM的径向波导功率合成/分配器，所述功率合成/分配器包括矩形波导输入端口(1)、模式转换器(2)和圆波导(3)以及多个功率分配端口(P1，P2，...，Pn)，所述径向波导功率合成/分配器通过一个矩形波导输入信号，通过模式转换器可以在圆波导(302)的激励口(301)满足关于中心对称的环形场激励条件，就可以激励起圆波导TMQ1模。TMQ1模在圆波导(302)的横截面上具有时空对称性，可以通过分配器(4)分为若干路，其中匹配结构(401)可以使输入端口(1)的反射系数最小实现输入端口(1)到输出端口(Pl，P2，...，Pn)本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于圆波导高次模TM01的径向波导功率合成/分配器，所述功率合成/分配器包括矩形波导输入端口(1)、模式转换器(2)和圆波导(3)以及多个功率分配端口(P1，P2，···，Pn)，所述径向波导功率合成/分配器通过一个矩形波导输入信号，通过模式转换器可以在圆波导(302)的激励口(301)满足关于中心对称的环形场激励条件，就可以激励起圆波导TM01模。TM01模在圆波导(302)的横截面上具有时空对称性，可以通过分配器(4)分为若干路，其中匹配结构(401)可以使输入端口(1)的反射系数最小实现输入端口(1)到输出端口(P1，P2，···，Pn)的功率等幅同相分配。当在端口(P1，P2，···，Pn)输入等幅同相的信号时，径向功率合成/分配器就可以在端口(1)得到n路信号的合成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：詹铭周，杨涛，何望栋，刘珂伟，李宁晓，杨明涛，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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