多路波导功率合成器及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种多路波导功率合成器及其制造方法，该多路波导功率合成器包括多个基本功率合成单元以及多个同轴连接器，同轴连接器连接至所述基本功率合成单元的输入端口以及输出端口，基本功率合成单元之间通过若干波导弯曲枝节相通，波导弯曲枝节包括E面U形弯曲波导、H面U形弯曲波导以及H面90度转角波导。通过合理设计和布局波导功率合成单元和波导弯曲枝节，实现了一个紧凑双层结构的多路波导功率合成器。本发明专利技术还公开了一种多路波导功率合成器的制造方法。多路波导功率合成器采用金属材料通过选择性激光烧结3‑D打印机一体打印而成，在实现了精确加工的同时装配简单，有效地提高了制造效率，减小了装配误差，降低了加工成本。

Multichannel Waveguide Power Combiner and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
多路波导功率合成器及其制造方法
本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种多路波导功率合成器及其制造方法。
技术介绍
现代先进雷达、导航和通信系统的高速发展需要大量微波和毫米波频段的固态功率放大器及其模组。为了实现实际工程应用中射频端口高功率输出的需求，往往需要将多路射频信号的功率通过功率放大器进行放大，并将放大后的输出功率进行合成，形成一路高功率信号输出，这就要求功率合成网络具有低射频损耗和高功率容量的属性。基于空气填充的波导结构的功率合成网络符合上述需求，且波导的工作带宽较宽，机械强度高，几乎无介质损耗，无辐射。此外，金属制成的波导还可以用作功率放大器及其模组的散热模块。因此，波导功率合成器是研究人员关注的重点之一。传统的波导功率合成器基于铜或铝等结构材料采用计算机数控铣技术加工而成。多路波导功率合成器往往体积较大。虽然可以通过设计弯折紧凑的波导结构实现波导功率合成器结构的小型化，但是这样的设计使得波导功率合成器的物理结构复杂化，增加了加工的难度。在实际加工中，往往需要将一个波导功率合成器的物理模型拆分成多层结构分别加工，再通过螺丝等紧固件或精密焊接工艺将多层部件装配起来。这样使得多路波导功率合成器的加工效率低，加工成本高，且这样的加工模式造成了大量结构材料的浪费，存在的冗余结构材料增大了器件的质量。此外，多路波导功率合成器的多个部件的装配误差会恶化器件的射频性能。因此，需要寻求一种相对简单、高效率、低成本的多路波导功率合成器的制造方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种多路波导功率合成器及其制造方法，旨在解决现有技术中采用传统减材制造技术加工波导功率合成器时，制造和装配过程复杂、加工周期长、冗余结构材料多等技术问题。本专利技术第一方面提供一种多路波导功率合成器，包括N路输入端口，1路输出端口，其特征在于，该波导功率合成器包括F个基本功率合成单元以及2N个同轴连接器，其中，F＝N-1，且N＝2m，m＞3，且m为整数。所述同轴连接器连接至所述基本功率合成单元的输入端口以及输出端口，所述基本功率合成单元之间通过若干波导弯曲枝节相通，所述波导弯曲枝节包括E面U形弯曲波导、H面U形弯曲波导以及H面90度转角波导。进一步地，所述基本功率合成单元为宽带波导H面3-dB定向耦合器，所述宽带波导H面3-dB定向耦合器包括四个矩形波导端口，两个矩形波导端口的公共侧壁端部均设有半圆柱，所述宽带波导H面3-dB定向耦合器的两独立侧壁中间对称设有阶梯结构，所述宽带波导H面3-dB定向耦合器的底部设有凸起棱，所述凸起棱两端分别与相应所述阶梯结构相连，所述宽带波导H面3-dB定向耦合器的底部中心位置设有凸起圆柱。进一步地，所述F个定向耦合器的波导端口共计包括N个输入端口、F个隔离端口以及1个输出端口。进一步地，所述E面U形弯曲波导的输入端口与输出端口分别处于上下两层结构中，且所述E面U形弯曲波导中电磁波的输入方向与输出方向相反。进一步地，所述H面U形弯曲波导的输入端口与输出端口处于同一水平面上，且所述H面U形弯曲波导中电磁波的输入方向与输出方向相反。进一步地，所述H面90度转角波导的输入端口与输出端口处于同一水平面上，且所述H面90度转角波导中电磁波的输入方向与输出方向呈90度夹角。本专利技术第二方面提供一种多路波导功率合成器的制造方法，所述制造方法用于制造所述多路波导功率合成器，包括：在选择性激光烧结3-D打印机的系统平台上，按照预设角度倾斜摆放所述多路波导功率合成器的电子模型；使用选择性激光烧结3-D打印机，采用金属粉末材料，根据所述电子模型打印出所述多路波导功率合成器的原始工件；其中，所述原始工件包括宽带波导H面3-dB定向耦合器、波导弯曲枝节以及同轴连接器的装配结构，所述原始工件为一个不可拆分的整体；去除所述原始工件外表面上在打印过程中生成的金属支撑材料，对所述原始工件外表面进行打磨和喷砂处理，得到外表面较平滑的多路波导功率合成器的装配体；将所述多路波导功率合成器的装配体中的同轴连接器的装配结构进行螺丝孔位攻丝，并将同轴连接器用螺丝装配在所述多路波导功率合成器的装配体上，得到所述多路波导功率合成器。进一步地，在按照预设角度摆放所述多路波导功率合成器的电子模型的过程中，预设角度满足使所述多路波导功率合成器中所有定向耦合器的底面中心位置凸起的圆柱处于非悬置状态，使得在3-D打印过程中，多路波导功率合成器的波导腔体内部不产生任何金属支撑材料。从上述
技术实现思路
可知，本专利技术中的多路波导功率合成器由多个波导功率合成单元、波导弯曲枝节以及同轴连接器构成，实现了微波功率由多个输入端口至1个输出端口的合成。多路微波信号在输入端口通过同轴连接器馈入波导功率合成单元，再经E面U形弯曲波导、H面U形弯曲波导以及H面90度转角波导三种不同的波导结构，最终合并为1路微波信号输出。本专利技术实施例以十六路(N＝16)波导功率合成器为例，通过合理设计和布局波导功率合成单元和波导弯曲枝节，实现了一个紧凑双层结构的十六路波导功率合成器。多路波导功率合成器采用金属粉末材料通过选择性激光烧结3-D打印机一体打印而成，在实现了精确加工的同时装配简单，有效地提高了制造效率，减小了装配误差，降低了加工成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术方案，下面将对实施例或现有技术方案中所使用的附图作简单介绍。需要注意的是，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例中十六路波导功率合成器的结构拓扑图；图2为本专利技术实施例中十六路波导功率合成器的正面的实体结构图；图3为本专利技术实施例中十六路波导功率合成器的反面的实体结构图；图4为本专利技术实施例中十六路波导功率合成器的在图3视图下的分层示意图；图5为本专利技术实施例中十六路波导功率合成器沿图4中A–A’面分层的剖面视图；图6为本专利技术实施例中十六路波导功率合成器沿图4中B–B’面分层的剖面视图；图7为本专利技术实施例中十六路波导功率合成器沿图4中C–C’面分层的剖面视图；图8为本专利技术实施例中十六路波导功率合成器中一个宽带波导H面3-dB定向耦合器单元的三维结构图；图9为本专利技术实施例中十六路波导功率合成器中一个宽带波导H面3-dB定向耦合器单元的俯视图；图10为本专利技术实施例中十六路波导功率合成器中一个宽带波导H面3-dB定向耦合器单元的侧视图；图11为本专利技术实施例中十六路波导功率合成器中一个宽带波导H面3-dB定向耦合器单元的仿真的端口电压驻波比(VSWR)和隔离度曲线图；图12为本专利技术实施例中十六路波导功率合成器中一个宽带波导H面3-dB定向耦合器单元的仿真的功率传输系数曲线图；图13为本专利技术实施例中十六路波导功率合成器中一个宽带波导H面3-dB定向耦合器单元的仿真的输出端口的信号相位差曲线图；图14为本专利技术实施例中十六路波导功率合成器的制造工艺流程图；图15为本专利技术实施例中十六路波导功率合成器的仿真和测量的端口A和端口B的电压驻波比(VSWR)和隔离度曲线图；图16为本专利技术实施例中十六路波导功率合成器的仿真的相邻输入端口隔离度曲线图；图17为本专利技术实施例中十六路波导功率合成器的测量的相邻输入端口隔离度曲线图；图18为本专利技术实施例中十六路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多路波导功率合成器，包括N路输入端口，1路输出端口，其特征在于，该波导功率合成器包括F个基本功率合成单元以及2N个同轴连接器，其中，F＝N‑1，且N＝2

【技术特征摘要】
1.一种多路波导功率合成器，包括N路输入端口，1路输出端口，其特征在于，该波导功率合成器包括F个基本功率合成单元以及2N个同轴连接器，其中，F＝N-1，且N＝2m，m＞3，且m为整数。所述同轴连接器连接至所述基本功率合成单元的输入端口以及输出端口，所述基本功率合成单元之间通过若干波导弯曲枝节相通，所述波导弯曲枝节包括E面U形弯曲波导、H面U形弯曲波导以及H面90度转角波导。2.根据权利要求1所述的多路波导功率合成器，其特征在于，所述基本功率合成单元为宽带波导H面3-dB定向耦合器，所述宽带波导H面3-dB定向耦合器包括四个矩形波导端口，两个相同朝向的矩形波导端口的公共侧壁端部均设有半圆柱，所述宽带波导H面3-dB定向耦合器的两独立侧壁中间对称设有阶梯结构，所述宽带波导H面3-dB定向耦合器的底部设有凸起棱，所述凸起棱两端分别与相应所述阶梯结构相连，所述宽带波导H面3-dB定向耦合器的底部中心位置设有凸起圆柱。3.根据权利要求2所述的多路波导功率合成器，其特征在于，所述F个定向耦合器的波导端口共计包括N个输入端口、F个隔离端口以及1个输出端口。4.根据权利要求1所述的多路波导功率合成器，其特征在于，所述E面U形弯曲波导的输入端口与输出端口分别处于上下两层结构中，且所述E面U形弯曲波导中电磁波的输入方向与输出方向相反。5.根据权利要求1所述的多路波导功率合成器，其特征在于，所述H面U形弯曲波导的输入端口与输出端口处于同一水平面上，且所述H面U形弯曲波导中电磁波的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄冠龙，李津，袁涛，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44