一种高隔离度多路径向功率分配/合成器制造技术

本发明专利技术公开了一种高隔离度多路径向功率分配/合成器，所述径向功率分配/合成器包含有电阻性隔离槽以及按顺序依次相连的输入圆波导端口、具有阶梯阻抗匹配结构的径向波导、一个以上输出矩形波导，并配置有一个矩形波导‐圆波导TM01模模式转换器，所述矩形波导‐圆波导TM01模模式转换器包括按顺序相连的输入矩形波导、基于H‐T分支功率分配器的一分四路功率分配网络、匹配圆波导、耦合圆波导、输出圆波导。本发明专利技术主要是通过设计一种新型矩形波导‐圆波导TM01模模式转换器来实现小型化，所述模式转换指的是将标准矩形波导中传输的TE10模转换为圆波导中传输的TM01模。其通过两级H‐T分支功率分配器把矩形波导输入的信号转化为四路等幅同相的信号馈入圆波导中，激励出TM01模。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微波与毫米波频段的空间功率合成
，尤其是指一种高隔离度多路径向功率分配/合成器。
技术介绍
毫米波指的是频率在30GHz-300GHz范围内的电磁波，其对应的波长范围为1mm-10mm。近年来，无线通信快速发展，宽带、高速的需求越发强烈，但频谱资源异常稀缺，为了解决这一问题无限通信系统正向高频率发展，微波、毫米波通信逐步进入实际应用阶段。在毫米波段，随着频率的升高，由于单个半导体固态器件尺寸减小、功率容量下降，其输出功率已经难以满足无线通信电子系统的需求，因此人们采用功率合成网络的方法获得大功率的信号输出。功率合成技术的关键是实现多路数、低损耗、宽频带、高隔离度、高平衡性的功率分配/合成网络。径向功率分配/合成器由于其能一次实现多路功率等幅同相分配，因而一直是人们研究的热点。另外，在相同的合成路数下，径向合成放大器相对于二进制结构损耗更少，效率更高。径向功率分配/合成器结构一般是通过圆对称传输线在一个圆盘结构中心馈入输入信号，然后在圆盘结构四周引出多个输出端口从而实现一次分配多路的目标。2008年，DirkI.L.deVilliers等人在TRANSACTIONSONMICROWAVETHEORYANDTECHNIQUES上发表了题为“DesignofConicalTransmissionLinePowerCombinersUsingTaperedLineMatchingSections”的文章，该结构采用同轴SMA连接头进行信号的输入和输出，其径向波导呈圆锥形状，能有效大大增加工作带宽。该结构在X波段能达到47％相对带宽，但输出端口的匹配和隔离较差，且该结构存在加工的复杂性，若要将该结构应用于毫米波段讲存在较大困难。在2009年，宋开军等人在TRANSACTIONSONMICROWAVETHEORYANDTECHNIQUES上发表了题为“PlanarProbeCoaxial-WaveguidePowerCombiner/Divider”的文章，其使用同轴SMA连接头输入信号，信号经过扩展同轴波导传输准TEM模，最后经波导-微带线转换输出。该结构优点在于设计简单，整体紧凑；其缺点是该结构属于谐振型结构，输出端口没有加入隔离电阻，端口的隔离和匹配比较差，另外，随着频段变高，微带结构损耗会越来越大。在2015年，褚庆昕等人在TRANSACTIONSONMICROWAVETHEORYANDTECHNIQUES上发表了题为“AnIsolatedRadialPowerDividerviaCircularWaveguideTE01-ModeTransducer”的文章，该结构特点为采用全波导结构，信号从矩形波导输入经模式转换器转换到圆波导再馈入径向功率合成/分配器。另外，该径向功率合成/分配器采用电阻膜片改善端口间隔离度和匹配。但该结构合成/分配路数较少，且电阻膜片的装配存在困难其装配精准度影响着功率合成/分配器的性能。在现有的毫米波径向功率合成技术的设计难点在于难以实现输出端口的匹配和隔离。输出端口隔离的功率分配/合成器能有效避免放大器单元的自激，同时当某一路放大器单元损毁时，其余放大器依然能正常工作，输出功率衰落程度可以通过理论计算预测。因此，高隔离度的径向功率合成技术是实现稳定可靠功率合成放大器的重要技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于现有技术的不足与缺点，提出了一种高隔离度多路径向功率分配/合成器。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种高隔离度多路径向功率分配/合成器，所述径向功率分配/合成器包含有电阻性隔离槽以及按顺序依次相连的输入圆波导端口、具有阶梯阻抗匹配结构的径向波导、一个以上输出矩形波导，并配置有一个矩形波导‐圆波导TM01模模式转换器，所述矩形波导‐圆波导TM01模模式转换器包括按顺序相连的输入矩形波导、基于H‐T分支功率分配器的一分四路功率分配网络、匹配圆波导、耦合圆波导、输出圆波导。所述电阻性隔离槽位于输出矩形波导之间的径向波导上下金属壁，电阻性隔离槽从径向波导一端贯穿金属壁至另一端，并在另一端用电阻性膜片覆盖电阻性隔离槽之上。所述具有阶梯阻抗匹配结构的径向波导，从减半径向波导开始分四级阶梯阻抗匹配结构至全高径向波导。所述输入圆波导底部用二级圆台结构调节端口匹配，减半径向波导与输入圆波导相连接，减半径向波导经过四级阶梯阻抗匹配结构与全高径向波导相连接，所述输出矩形波导呈放射状与全高径向波导相连接。所述一分四路功率分配网络包括两级H‐T分支功率分配器，在每一级的H‐T分支功率分配器的垂直拐弯位置采用消除拐弯处不连续性的圆弧拐角，圆弧拐角半径由仿真优化选择。所述耦合圆波导初始半径为高频耦合模式的一个波长长度，耦合圆波导半径能影响模式转换器的使用带宽，实际尺寸需要通过仿真优化进行确定。所述的输出圆波导的内径初始值有以下公式确定：R＝λ/2.61，其中λ为导波波长。确定初始值后，圆波导的内径初始值的实际尺寸需要通过仿真优化进行确定。所示矩形波导‐圆波导TM01模模式转换器的设计要求圆波导内能对于除TM01模以外的其他模式，如TE01、TE11、TE21、TE31等模式及其极化简并模式实现高抑制度。所述的输入圆波导的内径初始值有以下公式确定：R＝λ/2.61，其中λ为导波波长。确定初始值后，圆波导的内径初始值的实际尺寸需要通过仿真优化进行确定。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：1、本专利技术主要是通过设计一种新型矩形波导‐圆波导TM01模模式转换器来实现小型化，所述模式转换指的是将标准矩形波导中传输的TE10模转换为圆波导中传输的TM01模。其通过两级H‐T分支功率分配器把矩形波导输入的信号转化为四路等幅同相的信号馈入圆波导中，激励出TM01模。2、本专利技术设计了一种基于H‐T分支功率分配器的新型矩形波导‐圆波导TM01模模式转换器来实现TE10模到TM01模的转换，同时体积减少、结构紧凑、模式抑制度高。3、与传统使用同轴或同轴探针过渡结构进行信号输入的径向功率分配器，本专利技术使用了矩形波导‐圆波导转换结构作为信号输入方式，由于是全波导结构，功率容量得到提高，同时损耗更加低。4、与专利CN204375898U相比，本专利技术利用圆波导TM01模的场结构特点激励出径向波导准TEM模，在半径较大的径向波导中可分配出更多路数，不用受到矩形波导的尺寸限制。5、本专利技术在采用电阻膜片径向覆盖在开槽上，能够改善功率分配/合成器端口匹配和隔离。附图说明图1为本专利技术所述高隔离度多路径向功率分配/合成器的结构示意图。图2为矩形波导‐圆波导TM01模模式转换器的结构图。图3为图2所述结构图下半部分的横面剖视图。图4为图2所述结构图上半部分的横面剖视图。图5为矩形波导‐圆波导TM01模模式转换器的H‐T分支功率分配器结构图。图6为本专利技术所述高隔离度多路径向功率分配/合成器的分离结构图。图7为本专利技术所述高隔离度多路径向功率分配/合成器径向腔体上半部分的表面结构图。图8为本专利技术所述高隔离度多路径向功率分配/合成器径向腔体上半部分的内部结构图。图9为本专利技术所述高隔离度多路径向功率分配/合成器径向腔体下半部分的内部结构图。图10为本专利技术所述高隔离度多路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高隔离度多路径向功率分配/合成器，其特征在于：所述径向功率分配/合成器包含有电阻性隔离槽以及按顺序依次相连的输入圆波导端口、具有阶梯阻抗匹配结构的径向波导、一个以上输出矩形波导，并配置有一个矩形波导‑圆波导TM01模模式转换器，所述矩形波导‑圆波导TM01模模式转换器包括按顺序相连的输入矩形波导、基于H‑T分支功率分配器的一分四路功率分配网络、匹配圆波导、耦合圆波导、输出圆波导；所述电阻性隔离槽位于输出矩形波导之间的径向波导上下金属壁，电阻性隔离槽从径向波导一端贯穿金属壁至另一端，并在另一端用电阻性膜片覆盖电阻性隔离槽之上，所述具有阶梯阻抗匹配结构的径向波导，从减半径向波导开始分四级阶梯阻抗匹配结构至全高径向波导，所述输入圆波导底部用二级圆台结构调节端口匹配，减半径向波导与输入圆波导相连接，减半径向波导经过四级阶梯阻抗匹配结构与全高径向波导相连接，所述输出矩形波导呈放射状与全高径向波导相连接；所述一分四路功率分配网络包括两级H‑T分支功率分配器，在每一级的H‑T分支功率分配器的垂直拐弯位置采用消除拐弯处不连续性的圆弧拐角；所述耦合圆波导初始半径为高频耦合模式的一个波长长度，耦合圆波导半径能影响模式转换器的使用带宽。...

【技术特征摘要】
1.一种高隔离度多路径向功率分配/合成器，其特征在于：所述径向功率分配/合成器包含有电阻性隔离槽以及按顺序依次相连的输入圆波导端口、具有阶梯阻抗匹配结构的径向波导、一个以上输出矩形波导，并配置有一个矩形波导-圆波导TM01模模式转换器，所述矩形波导-圆波导TM01模模式转换器包括按顺序相连的输入矩形波导、基于H-T分支功率分配器的一分四路功率分配网络、匹配圆波导、耦合圆波导、输出圆波导；所述电阻性隔离槽位于输出矩形波导之间的径向波导上下金属壁，电阻性隔离槽从径向波导一端贯穿金属壁至另一端，并在另一端用电阻性膜片覆盖电阻性隔离槽之上，所述具有阶梯阻抗匹配结构的径向波导，从减半径向波导开始分四级阶梯阻抗匹配结构至全高径向波导，所述输入圆波导底部用二级圆台结构调节端口匹...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚庆昕，何殷健，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44