一种基于基片集成波导的三层多路微波功率合成系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于基片集成波导的三层多路微波功率合成系统，用于将输入的能量功率转变为所需能量功率，包括功合器和功放电路模块，该功合器由三层组成，能量功率从该功合器中的中间层输入，通过设置在中间层上的矩形耦合窗将能量功率耦合至功合器的上层和下层，通过功合器上层和下层上均设置的对称树形分配结构将能量功率分为多路输出，每一路能量功率再均通过功放电路模块将能量功率放大，放大后的能量功率反接接入另一相同制式的功合器输出端获得所需能量功率。本发明专利技术通过在基片集成波导中引入双层矩形耦合窗与上下对称背对放置的功率放大电路，以较简单的形式与较小的水平方向尺寸实现了三层的微波功率合成系统。

A three channel microwave power combining system based on substrate integrated waveguide

The invention provides a three layer multi-channel microwave power synthesis system based on substrate integrated waveguide, for the energy power entered into the energy required to power, including the power combiner and the power amplifier circuit module, the power combiner is composed of three layers, energy and power from the power input device in the middle layer and, through the rectangular window is arranged in the middle layer of the upper and lower energy power coupled to the power converter, the power energy is divided into multiple output power distribution structure through closed symmetrical tree are set for the upper and lower layers of each road again through the energy power amplifier circuit module energy power amplifier, power amplifier energy after reverse access another same type power combiner output to obtain the required energy power. By introducing the double rectangular window and asymmetric coupling back to the power amplifier circuit is placed on the substrate integrated waveguide, in the horizontal direction and form simple small size to realize microwave power synthesis system of three layers.

【技术实现步骤摘要】
一种基于基片集成波导的三层多路微波功率合成系统
本专利技术属于射频与微波功率合成设计领域，具体涉及一种基于基片集成波导的三层多路微波功率合成系统。
技术介绍
随着微波技术的发展，需要将功率进行多路分配处理的情况日益增多，为了达到比将功率直接输入单个器件更好的效果，需要对输入功率进行功率分配，得到多路等幅等相的功率流，对每路功率所对应器件进行输出。在微波功率管输出方面，可以将能量分配后对各单管进行输出，再次合成。也可以作为对天线的馈电网络，可以进行对功率的分配，再将各路功率供给天线。在当代微波系统中要求微波合成系统具有小的体积，微波功分器还要求具有足够大的功率容量以满足大功率应用的场合；小型化对微波功分器来说是非常重要的，特别是在对设备尺寸有严格限制的场合。现有的功率合成系统一般由威尔金森形式功合适配单层微带功放电路组成，其缺点为体积大、占用空间大，而且功率容量相对较小，一定程度上制约了雷达以及通信系统的小型化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于基片集成波导的三层多路微波功率合成系统，克服或减轻现有技术的至少一个上述缺陷。本专利技术的目的通过如下技术方案实现：一种基于基片集成波导的三层多路微波功率合成系统，用于将输入的能量功率转变为所需能量功率，包括功合器和功放电路模块，其中，该功合器由三层组成，能量功率从该功合器中的中间层输入，通过设置在该中间层上的矩形耦合窗将能量功率耦合至该功合器的上层和下层，通过该功合器上层和下层上均设置的对称树形分配结构将能量功率分为多路输出，每一路能量功率再均通过所述功放电路模块将该能量功率放大，放大后的能量功率反接接入另一相同制式的该功合器输出端获得所需能量功率。优选地是，所述功合器上设置用于阻止能量功率传输的金属化通孔。优选地是，所述矩形耦合窗为双层，该两矩形耦合窗对称布置在所述功合器中间层的上表面和下表面。优选地是，所述对称树形分配结构中设置有用于减小功率传输中损耗的感性金属柱。优选地是，所述对称树形分配结构为1路分为2路再分为22路直至2n路的形式。优选地是，所述功合器的上层和下层上设置的对称树形分配结构均将能量功率分为四路输出。优选地是，所述功放电路模块包括梯形过渡带、微带线与功率放大电路，每路输出的能量功率依次通过所述梯形过渡带、所述微带线与功率放大电路相连。优选地是，所述功率放大电路背对放置。本专利技术所提供的一种基于基片集成波导的三层多路微波功率合成系统的有益效果在于，通过在基片集成波导中引入矩形耦合窗，将在基片集成波导中传输的能量功率等分为上下两部分，以较简单的形式，并在不增加水平方向尺寸的情况下实现了三层功合器的顶层与底层层间分配；在三层功合器的输出端顶层与底层分别引入了上下对称背对放置的功率放大电路，通过与三层微波功合器的结合，节省了一半的水平方向尺寸，实现了在较小水平方向尺寸上的微波功率合成系统。附图说明图1为本专利技术基于基片集成波导的三层多路微波功率合成系统中的功合器模型图；图2为本专利技术基于基片集成波导的三层多路微波功率合成系统中的功合器中间层上表面示意图；图3为本专利技术基于基片集成波导的三层多路微波功率合成系统中的功合器中间层下表面示意图；图4为本专利技术基于基片集成波导的三层多路微波功率合成系统中的功合器上间层正面示意图；图5为本专利技术基于基片集成波导的三层多路微波功率合成系统中的功合器S11参数曲线图；图6为本专利技术基于基片集成波导的三层多路微波功率合成系统中的功合器S参数曲线图；图7为本专利技术基于基片集成波导的三层多路微波功率合成系统正面俯视框形图；图8为本专利技术基于基片集成波导的三层多路微波功率合成系统背面仰视框形图。附图标记：1-金属化通孔、2-感性金属柱、3-梯形过渡带、4-微带线、5-矩形耦合窗上部、6-矩形耦合窗下部。具体实施方式为使本专利技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合附图对本专利技术的基于基片集成波导的三层多路微波功率合成系统做进一步详细说明。一种基于基片集成波导的三层多路微波功率合成系统，用于将输入的能量功率转变为所需能量功率，包括功合器和功放电路模块。其中，该功合器由Rogers板材与金属化通孔1构成，并且该功合器为三层，模型示意图如图1所示。如图2和图3所示，能量功率由输入端经50欧姆的微带线4与梯形过渡带3输入，该功合器中间层设置有矩形耦合窗，该矩形耦合窗为双层，双层矩形耦合窗对称布置在该功合器中间层的上表面和下表面，即矩形耦合窗上部5和矩形耦合窗下部6。能量功率经矩形耦合窗上部5和矩形耦合窗下部6耦合至功合器的上层和下层，优化该矩形耦合窗的长度和宽度以及位置参数使得能量功率在层间传输插损较小，具体的做法是使得矩形耦合窗的长度为基片集成波导波长的1/8至1/3，矩形耦合窗的宽度为基片集成波导波长的1/8至1/4，其中，功合器中间层设置有用于阻止微波传输的一列金属化通孔1，引导能量功率从矩形耦合窗传输，矩形耦合窗与金属化通孔1间的距离为基片集成波导波长的1/4，矩形耦合窗的大小与位置的具体数值需进行仿真与优化获得。如图4所示，功合器的上层和下层均设置有对称树形分配结构，能量功率经矩形耦合窗后通过该对称树形分配结构将其分为多路，该对称树形分配结构为1路分为2路再分为22路直至2n路的形式，具体选择4路，即上下层均为4路，共8路，同时在对称树形分配结构中设置用于减小功率传输中损耗的感性金属柱2，通过优化感性金属柱2的大小和位置，调节每一路能量功率的分配与各部分的反射系数，由于感性金属柱6较多，其参数最终可以通过优化获得，使得能量功率由矩形耦合窗耦合至上下层各端口能量等幅等相分配，这样设计可以使功合器水平方向尺寸明显缩小。每一路能量功率再均通过功放电路模块将该能量功率放大，该功放电路模块包括梯形过渡带3、微带线4与功率放大电路，每路输出的能量功率依次通过梯形过渡带3、微带线4与功率放大电路相连，其中，如图7和图8所示，为了配合功合器，8路功率放大电路上下对称背对放置，各路能量功率通过功合器分配至各个功率放大电路，接着等幅等相的能量功率分别输出给背对放置的各路功放电路，能量功率通过功放电路进行功率放大，放大后的能量功率反接接入另一相同制式的该功合器输出端获得所需能量功率。通过这样的结构大大减小了水平方向尺寸，最终较好的实现了微波功率合成系统的小型化。本专利技术以工作于Ka波段的功合器作为实例，其介质基板为rogers5880。采用HFSS微波仿真软件进行仿真。如图5和图6所示，在31.5GHz到34.5GHz带宽内，其功合器S11小于-26dB，插损小于1dB，作为多层小型化功合器，能较好的满足要求。从中可以看出使用本设计方法可以使微波功率合成系统的水平方向尺寸减少一半，并将一半功放电路置于背面，减少了功放电路之间的微波串扰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于基片集成波导的三层多路微波功率合成系统，用于将输入的能量功率转变为所需能量功率，其特征在于，包括功合器和功放电路模块，其中，该功合器由三层组成，能量功率从该功合器中的中间层输入，通过设置在该中间层上的矩形耦合窗将能量功率耦合至该功合器的上层和下层，通过该功合器上层和下层上均设置的对称树形分配结构将能量功率分为多路输出，每一路能量功率再均通过所述功放电路模块将该能量功率放大，放大后的能量功率反接接入另一相同制式的该功合器输出端获得所需能量功率。

【技术特征摘要】
1.一种基于基片集成波导的三层多路微波功率合成系统，用于将输入的能量功率转变为所需能量功率，其特征在于，包括功合器和功放电路模块，其中，该功合器由三层组成，能量功率从该功合器中的中间层输入，通过设置在该中间层上的矩形耦合窗将能量功率耦合至该功合器的上层和下层，通过该功合器上层和下层上均设置的对称树形分配结构将能量功率分为多路输出，每一路能量功率再均通过所述功放电路模块将该能量功率放大，放大后的能量功率反接接入另一相同制式的该功合器输出端获得所需能量功率。2.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的三层多路微波功率合成系统，其特征在于，所述功合器上设置用于阻止能量功率传输的金属化通孔(1)。3.根据权利要求1所述的基于基片集成波导的三层多路微波功率合成系统，其特征在于，所述矩形耦合窗为双层，该双层矩形耦合窗对称布置在所述功合器中间层的上表面和下表面。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐暑晨，李军，王浪，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32