一种新型复合函数渐变毫米波波导功率分配合成器制造技术

本发明专利技术涉及毫米波功率分配合成技术领域，具体涉及一种新型复合函数渐变毫米波波导功率分配合成器。分配合成器包括N级分配器和与其对称设置的通过功率放大芯片相连的相同数量的合成器；分配器母体通过一级两路波导功分器连接有2N-2个分配器子体；合成器母体通过一级两路波导合路器连接有2N-2个合成器子体；本发明专利技术可适用于毫米波频段，具有宽频带、大容量、高效率及低损耗等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及毫米波功率分配合成
，具体涉及一种新型复合函数渐变毫米波波导功率分配合成器。
技术介绍
功率分配合成器通常采用单路功率放大与多路功率分配合成技术相结合的设计方法，来获得大功率的输出信号。目前的功率分配合成技术主要包括平面电路功率分配合成技术和基于波导的空间功率分配合成技术。技术特点及弊端如下：1、传统的平面电路功率分配合成技术多采用多级威尔金森功分器级联的结构形式，随着功率分配合成路数的增多，功分器的级数随之增加，微带电路损耗也随之增大，从而造成了合成效率的下降。但此种方案的功率容量有限、散热效率低，在毫米波频段已不再适用。2、基于波导的空间功率合成技术中，电磁波首先由位于上侧的同轴端口进入八路径向波导，完成功率分配，进入每一路矩形波导的信号通过矩形波导-微带探针转换结构进入微带平面电路，在平面电路上完成功率放大后的信号，再通过八路径向波导完成功率的合成，从位于下方的同轴端口输出。但缺点如下：(1)该技术所采用的立体结构增加了加工难度，且装配复杂，生产成本高；(2)该技术由于采用了同轴传输线作为多路功率分配与合成段的传输媒介，随着工作频率进入到40GHz乃至更高频段，同轴传输线的损耗变大，将严重影响合成器的合成效率。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种适用于毫米波频段的，具有宽频带、大容量、高效率及低损耗等优点的毫米波波导功率分配合成器。本专利技术提供一种新型复合函数渐变毫米波波导功率分配合成器，分配合成器包括N级分配器和与其对称设置的通过功率放大芯片相连的相同数量的合成器；分配器母体通过一级两路波导功分器连接有2N-2个分配器子体；合成器母体通过一级两路波导合路器连接有2N-2个合成器子体；一级两路波导功分器中的两路分支波导分别通过基于复合函数的渐变波导结构展宽为标准矩形波导，该复合函数表达式为：X(t)＝tY(t)=H1e2-1e2sin2(tπ2L)-1]]>其中X(t)为渐变波导结构的水平段的长度变化，Y(t)为渐变波导结构的竖直段的长度变化；L为渐变波导结构水平段的长度；H1为渐变波导的展宽宽度；t的取值范围为0≤t≤L。复合函数通过调控L的长度，实现对矩形波导的窄边展宽的调控，可以在多个毫米波波段内实现超宽带的阻抗匹配，从而实现与一级两路波导功分器的输入端口和输出端口的匹配，进而控制电磁场能量在一级两路波导功分器内的分配与合成。因此，具有结构紧凑、易于实现、加工成本低、带宽宽、损耗小及输入端口驻波比低等优点。优选方案如下：所述分配器子体由一个一级两路波导功分器、两个带有波导探针转换结构的二级两路波导功分器和在二级两路波导功分器两侧末端的圆弧波导短路面结构组成；所述分配器子体中，一级两路波导功分器的纵向端为输入端口，横向两端口为输出端口；二级两路波导功分器的输入端口与一级两路波导功分器的其中一个输出端口相连接，输出端口为阻抗微带线。阻抗微带线的阻抗值为50Ω。所述合成器子体由一个一级两路波导合路器、两个带有波导探针转换结构的二级两路波导合路器和在二级两路波导合路器两侧末端的圆弧波导短路面结构组成；所述合成器子体中，二级两路波导合路器的输入端口为阻抗微带线，输出端口与一级两路波导合路器的其中一个输入端口相连接；一级两路波导合路器的纵向端为输出端口，横向两端口为输入端口。功率分配合成器的功率分配段与合成段具有相同的结构，且空间对称，同时该结构可根据不同的工作频率和工作带宽适当更改各结构的尺寸，但是整体结构原理不变。此外，多路波导功率分配合成器并不仅限于四路功率分配合成器，在上述相同原理的基础之上，可以设计出八路、十六路、2N路的波导功率分配合成器。功率分配合成器整体外部加装有散热片。一级两路波导功分器和二级两路波导功分器的横向中部外侧设置有向内凹的匹配切角。一级两路波导合路器和二级两路波导合路器的横向中部外侧设置有向内凹的匹配切角。一级两路波导功分器和一级两路波导合路器的三路端口为标准矩形波导端口。波导探针转换结构中使用的为高频微波基片，可在毫米波频段内实现插入损耗小于0.3dB，驻波比小于1.3。基于圆弧波导短路面的波导探针转换结构不同于传统的直角波导短路面，而是采用了新型的圆弧波导短路面，并根据最小反射理论对圆弧波导短路面的尺寸以及探针结构的尺寸进行了优化，不仅可以有效地消除直角波导短路面多次反射造成的杂波干扰，而且可以在超宽带内实现各端口的匹配以及电磁场能量在波导与微带电路之间的高效转换，具有结构简单、易于实现、损耗小及输入端口驻波比低等优点。工作原理：电磁波首先由标准矩形波导端口A输入一级两路波导功分器，在匹配切角结构的功率分配作用下，电磁波信号被等幅反相分成两路信号，分别从端口B和C输出，然后再分别由输入端口D进入二级两路波导功分器，再次在匹配切角的功率分配作用下，将两路信号进一步等比例功分为四路信号，每路信号再通过波导-探针-波导转换结构，完成电磁波信号由波导到微带平面电路再进入到波导的转换，在每一路平面微带电路上的信号通过功率放大芯片实现单路信号的功率放大。最后，各支路信号通过与分配器具有对称结构的合成器完成电磁波信号的多路功率合成。本专利技术具有如下优点：(1)结构紧凑，实现了电路结构形式的平面化，易于加工，装配简单，可以有效降低加工成本。(2)该功率分配合成器将功率放大电路置于功分与合成电路之外，可在整体结构的上下侧面加装散热片，有效提高了整体的散热效率。(3)该功率分配合成器的适用频率范围可以覆盖毫米波等多个频段，输出功率可根据带宽要求结合具体的功率器件灵活调整。(4)功率分配合成器采用基于复合函数的渐变波导结构，通过灵活设计渐变波导结构的复合函数各参数值，不仅可以在最短的长度距离内实现矩形波导的窄边展宽，而且可以在多个毫米波波段内实现超宽带的阻抗匹配，从而实现输入输出端口的匹配以及电磁场能量在金属波导内的高效分配与合成；最大限度地缩小了功率分配合成器的结构尺寸，降低了加工成本，同时减小了输入端口驻波比和插入损耗。(5)采用了圆弧波导短路面结构，相比较于传统的直角波导短路面结构，该结构可以有效地消除直角波导短路面多次反射造成的杂波干扰，同时减小波导探针转换结构的插入损耗，实现超宽带的阻抗匹配。(6)毫米波高隔离度多路空间波导功率分配合成器，其波导探针转换结构根据最小反射理论及传输线模型，采用了由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型复合函数渐变毫米波波导功率分配合成器，其特征在于：分配合成器包括N级分配器和与其对称设置的通过功率放大芯片相连的相同数量的合成器；分配器母体通过一级两路波导功分器连接有2N‑2个分配器子体；合成器母体通过一级两路波导合路器连接有2N‑2个合成器子体；一级两路波导功分器中的两路分支波导分别通过基于复合函数的渐变波导结构展宽为标准矩形波导，该复合函数表达式为：X(t)＝tY(t)=H1e2-1e2sin2(tπ2L)-1]]>其中X(t)为渐变波导结构的水平段的长度变化，Y(t)为渐变波导结构的竖直段的长度变化；L为渐变波导结构水平段的长度；H1为渐变波导的展宽宽度；t的取值范围为0≤t≤L。

【技术特征摘要】
1.一种新型复合函数渐变毫米波波导功率分配合成器，其特征在于：分配
合成器包括N级分配器和与其对称设置的通过功率放大芯片相连的相同数量的
合成器；分配器母体通过一级两路波导功分器连接有2N-2个分配器子体；合成
器母体通过一级两路波导合路器连接有2N-2个合成器子体；一级两路波导功分
器中的两路分支波导分别通过基于复合函数的渐变波导结构展宽为标准矩形波
导，该复合函数表达式为：
X(t)＝t
Y(t)=H1e2-1e2sin2(tπ2L)-1]]>其中X(t)为渐变波导结构的水平段的长度变化，Y(t)为渐变波导结构的竖
直段的长度变化；L为渐变波导结构水平段的长度；H1为渐变波导的展宽宽度；
t的取值范围为0≤t≤L。
2.根据权利要求1所述的一种新型复合函数渐变毫米波波导功率分配合成
器，其特征在于：所述复合函数通过调控L的长度，实现对矩形波导的窄边展
宽的调控，可以在多个毫米波波段内实现超宽带的阻抗匹配，从而实现与一级
两路波导功分器的输入端口和输出端口的匹配，进而控制电磁场能量在一级两
路波导功分器内的分配与合成。
3.根据权利要求1所述的一种新型复合函数渐变毫米波波导功率分配合成
器，其特征在于：所述分配器子体由一个一级两路波导功分器、两个带有波导
探针转换结构的二级两路波导功分器和在二级两路波导功分器两侧末端的圆弧
波导短路面结构组成；所述分配器子体中，一级两路波导功分器的纵向端为输
入端口，横向两端口为输出端口；二级两路波导功分器的输入端口与一级两路
波导功分器的其中一个输出端口相连接，输出端口为阻抗微带线。
4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，宁曰民，刘金现，齐红，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37