一种基于有耗网络的波导径向多路功率合成器制造技术

本发明专利技术所述一种基于有耗网络的波导径向多路功率合成器，该合成器采用多路径向构架和阻性有耗网络，实现了低损耗多路功率合成，并获得了良好的端口驻波和端口隔离，可用于满足毫米波多路高效率高功率合成需求，此外本发明专利技术所述功率合成器电路还具有小型化，宽频带等优点，也可用于多路低损耗高功率分配应用。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及微波毫米波
，特别涉及毫米波功率合成

技术介绍
：随着微波毫米波微电子技术在系统应用的深入开展，微波毫米波全固态高功率发射系统已成为现代先进微波毫米波通信和雷达的标志。通常，微波毫米波高功率获取主要有两个途径：真空电子功率器件和固态功率器件。电真空器件包括传统的调速管和行波管功率放大器，它们虽然可以提供高功率的输出，但工艺上实现难度较大，不能批量生产，而且工作电压很高(数十千伏)，体积大，可靠性低，寿命短，线性度低。以上缺点限制了电真空器件在微波毫米波领域的应用。固态器件供电电压低，可靠性高，体积小，重量轻，使用方便，所以固态器件的应用日益广泛。但相对于电真空器件，虽然工艺，材料和设计水平在不断发展，单个固态器件的输出功率依然有限，而且散热问题，阻抗匹配问题的限制，使其单独应用常常达不到指标要求，因而通常采用多个器件，利用功率合成技术，从而达到大功率输出的目的。近年来，微波毫米波的功率合成技术得到了迅猛的发展，各种功率分配合成电路相继被提出并应用。传统的功率合成电路有Wilkinson功分器、Lange耦合器和分支线耦合器等，这些传统的合成/分配电路由于属于多级合成电路，且随着合成路数增加合成效率迅速降低，在高合成效率的场合已经不能满足实际需要。为了解决合成效率低的问题，各种新型的功率合成技术不断涌现，其中自由空间波的功率合成以及准光空间功率合成得到了广泛的研究与发展。自由空间功率合成技术仅适合于在空间功率需求点获取高功率，这类技术不便于实现标准接口的固态高功率输出，不利于系统应用推广；可实现具有标准输出口的准光空间功率合成技术也面临合成能量收集效率低下，合成网络中高次模式影响，合成网络频率带宽窄，辐射损耗等问题。因此，在九十年代基于波导的空间功率合成技术应运而生。基于波导的空间功率合成技术合成效率较高，带宽比较宽，能有效的防止辐射损耗，具有良好的散热性能，结构简单易实现等优点，较好地弥补了准光功率合成技术和自由空间功率合成技术的不足。同时，它可以不受工作频率及波导尺寸的限制，工作于微波、毫米波以及更高的亚毫米波频段，有效地解决了在更高频段实现高功率输出的难题。波导结构具有低损耗和大功率容量的特点，所以在高功率微波系统和毫米波系统中，波导的功分/合成电路有着无可替代的作用。波导结构与传统的功分/合成电路(例如Wilkinson功分器、分支线耦合器等)相比，有着无可比拟的优点。径向波导合成器采用多路波导径向构架，可在一级波导电路中实现多路合成，具有低损耗、多支路特点，并可具有高功率容量特性，是一种微波毫米波多路高效率高功率合成网。常采用的径向波导功率合成器多为无耗结构，该结构可实现多路低损耗合成性能，但由于无耗网络的固有缺点，该种合成器不能得到良好的支路端口匹配和较高的支路隔离。将这种合成器用于多路固态功率合成电路中时，较差的端口匹配势必导致各支路放大单元稳定性问题；同时较低支路隔离度将恶化故障弱化性能(gracefuldegradationcharacteristics)。本专利技术提出了一种新型的径向构架功率合成器，该合成器在传统径向波导合成器构架基础上，采用了新型的有耗平面传输线，提高了支路端口驻波和端口隔离度，可用于实现稳定可靠的微波毫米波多路高效率高功率合成。
技术实现思路
：鉴于现有技术上的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是实现一种基于径向构架的多路波导功率合成网络，实现良好的支路端口匹配和较高的支路隔离度。图1为本专利技术整体模型图，图2为剖面图。如图1、2所示，本专利技术所述的功率合成器中其径向构架主要包括：一段位于中心位置的一端短路的圆波导；位于圆波导短路端的阶梯短路面；靠近圆波导短路端，并以圆波导轴心为轴而径向对称排列的N路矩形波导；在圆波导内靠近短路端位置处，以圆波导轴心为轴径向对称排列N路有耗平面传输线。由矩形波导口馈入的N路幅度相等、相位相同的矩形波导TE10模式信号经本专利技术所述功率合成器后，由圆波导端口合成输出，输出模式为圆波导TE01模。在本专利技术所述的合成器(如图1和图2所示)中，N路按轴对称径向排列的矩形波导尺寸相同；一端伸向圆波导轴心并在圆波导壁处与圆波导相连，在连接处两两相邻的矩形波导宽边共用；另一端向四周径向对称延伸，且窄边高度从b0逐渐增加并达到标准矩形波导高度b，便于与标准尺寸的矩形波导相连，形成多个标准矩形波导支路。随着支路数N的增加，在连接处矩形波导的高度将减小，并具有如下关系：Nb0≈2πR，其中，R为圆波导半径。在本专利技术所述的合成器中，按轴对称径向排列的N路有耗平面传输线(如图3)具有相同的结构、尺寸和构成材料，其一端与两两相邻矩形波导公共宽边相连接，另一端伸向圆波导轴心，但未与阶梯短路面连接。径向排列的有耗传输线用于提高各矩形波导支路端口驻波和各支路间的隔离度。有耗传输线的条带宽度w和长度l可通过电磁场仿真优化得到。在本专利技术所述的合成器中，矩形波导E面与圆波导轴向相互垂直，矩形波导工作于TE10模式，圆波导工作于TE01模式。有耗平面传输线位于共用宽边中心位置，能量传输方向和矩形波导类似，沿径向传输；而圆波导内能量沿其轴向传输，与前两者方向正交。在本专利技术所述的功率合成器中，圆波导短路端处的阶梯短路面用以实现圆波导口的良好匹配，该阶梯短路面结构和形状可通过电磁场仿真优化得到。本专利技术所述的功率合成器特点在于：(1)合成支路数目多，理论上可通过增加圆波导半径R以及减小连接处矩形波导高度b0实现更多支路数N的功率合成器；(2)低损耗，多路功率合成由一级金属波导电路网络实现，且圆波导TE01波本身具有低损耗传输特性；(3)高功率容量，通常金属波导的功率容量高于其他集成传输线，且圆波导TE01模式具有极高功率容量特性；(4)良好的支路端口匹配；(5)较高的支路端口隔离度。后两者是由于采用了有耗平面传输线，提高了支路端口驻波和端口间隔离度，可用于实现稳定可靠的微波毫米波多路高效率高功率合成。以下将结合附图和实施实例对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明：图1是本专利技术所述功率合成器及实施例的总体结构图。图2是本专利技术所述功率合成器及实施例的剖面图。图3是本专利技术所述功率合成器及实施例的有耗平面传输线的结构图。图4是本专利技术实施例的圆波导端口TE01模式反射系数。图5是本专利技术实施例的各矩形波导支路端口-圆波导端口TE01模式传输系数幅度。图6是本专利技术实施例的各矩形波导支路端口-圆波导端口本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于波导的端口匹配良好，端口间隔离度高的功率分配/合成电路，其特征在于该功率分配/合成电路采用多路径向架构和阻性有耗网络，主要包括：一段位于中心位置的一端短路的圆波导；位于圆波导短路端的阶梯短路面；靠近圆波导短路端，并以圆波导轴心为轴而径向对称排列的多路矩形波导；在圆波导内靠近短路端位置处，以圆波导轴心为轴径向对称排列多路有耗平面传输线。

【技术特征摘要】
1.一种基于波导的端口匹配良好，端口间隔离度高的功率分配/合成电路，其特征在于该功率
分配/合成电路采用多路径向架构和阻性有耗网络，主要包括：一段位于中心位置的一端短路
的圆波导；位于圆波导短路端的阶梯短路面；靠近圆波导短路端，并以圆波导轴心为轴而径
向对称排列的多路矩形波导；在圆波导内靠近短路端位置处，以圆波导轴心为轴径向对称排
列多路有耗平面传输线。
2.根据权利1要求所述的功率合成电路，多路按轴对称径向排列的矩形波导尺寸相同；一端
伸向圆波导轴心并在圆波导壁处与圆波导相连，在连接处两两相邻的矩形波导宽边共用；一
端向四周延伸，且窄边高度b0逐渐增加并达到标准矩形波导高度b，并与标准矩形波导相连，
形成多个标准矩形波导支路；在与圆波导连接处的矩形波导窄边高度b0小于标准波导的矩形
波导b，两者与圆波导半径R之间的关系为：Nb0≈2πR，式中，N为矩形波导支路数。随着
支路...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢小强，赵轩，张云华，穆继超，杨超，杨迎，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51