一种矩形腔式功率合成器制造技术

本发明专利技术涉及一种矩形腔式功率合成器，其特征在于，包括：矩形腔体，所述矩形腔体采用矩形谐振腔结构，所述矩形腔体的前后两壁上间隔对称开设有若干第一通孔；输入耦合器，所述输入耦合器采用U型结构的磁耦合；若干所述输入耦合器的一端均穿过对应所述第一通孔深入所述矩形腔体内，与对应所述第一通孔一侧的所述矩形腔体内壁固定连接，若干所述输入耦合器的另一端均用于固定连接对应固态功率源模块；输出耦合器，所述输出耦合器插设固定在所述矩形腔体的顶部中心，所述输出耦合器的输出端用于连接负载，本发明专利技术可以广泛应用于射频功率合成器中。

A Rectangular Cavity Power Combiner

【技术实现步骤摘要】
一种矩形腔式功率合成器
本专利技术是关于一种矩形腔式功率合成器。
技术介绍
射频功率合成器，在无线通信、加速器物理、空间应用、军事电子技术等领域有广泛应用。作为固态功率源发射机系统的关键部件，功率合成器的原理方法直接决定发射机的基本结构和应用范围。功率合成的方法有很多，目前高功率固态发射机中比较常见的方法有两种：一是二进制功率合成，采用两路功率合成器级联的方法，其具有结构简单，容易加工等优点，当合成路数少时适用，但是随着合成路数的增加，其合成效率严重下降；二是径向功率合成的方法，其具有合成效率高、功率容量大的优点，但是由于空间受限，功率源模块与合成器一般通过同轴电缆进行连接，进而带来传输损耗，当合成路数多时，同轴电缆分布极为混乱，且结构复杂不便于维护。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种合成效率高、功率容量大、结构简单且便于维护的矩形腔式功率合成器。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种矩形腔式功率合成器，其特征在于，包括：矩形腔体，所述矩形腔体采用矩形谐振腔结构，所述矩形腔体的前后两壁上间隔对称开设有若干第一通孔；输入耦合器，所述输入耦合器采用U型结构的磁耦合；若干所述输入耦合器的一端均穿过对应所述第一通孔深入所述矩形腔体内，与对应所述第一通孔一侧的所述矩形腔体内壁固定连接，若干所述输入耦合器的另一端均用于固定连接对应固态功率源模块；输出耦合器，所述输出耦合器插设固定在所述矩形腔体的顶部中心，所述输出耦合器的输出端用于连接负载。进一步地，所述输入耦合器的耦合度通过U型结构磁耦合的位置、插入深度、弯曲半径和旋转角度进行调节。进一步地，所述U型结构磁耦合的位置为所述第一通孔与所述矩形腔体中心之间的距离。进一步地，所述输出耦合器为电耦合，包括馈管和探针；所述矩形腔体的顶部中心开设有用于插设固定所述馈管的第二通孔，所述馈管内通过法兰固定连接所述探针。进一步地，所述输出耦合器的耦合度通过所述探针的插入深度进行调节。进一步地，所述法兰采用特氟龙法兰。进一步地，所述探针的针端采用半球形结构。进一步地，所述探针与所述馈管的半径比为1：2.303。进一步地，所述输入耦合器固定设置在所述矩形腔体长度相同的四个壁中宽度较窄的两侧壁上；所述输出耦合器固定设置在所述矩形腔体长度相同的四个壁中宽度较宽的一侧壁上。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术中输入耦合器的数量可以根据实际情况进行设定，通过调整输入耦合器的路数实现多路功率的耦合，合成路数越多，合成功率越大，合成效率越高。2、本专利技术由于采用一级合成的方式，功率合成损耗低。3、本专利技术中的输入耦合器分布在矩形腔体的两壁，使得固态功率源模块可以直接与矩形腔体耦合，而不需要通过同轴电缆的方式连接，传输损耗低。4、当某一个固态功率源模块出现故障时，更换方便，即使取下固态功率源模块，只需要旋转输入耦合器调节输入耦合度或改变输出耦合器的插入深度调节输出耦合度，使得输出端匹配，同样可以保证本专利技术的矩形腔式功率合成器正常工作，可以广泛应用于射频功率合成器中。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图；图2是本专利技术中输入耦合器的结构示意图；图3是本专利技术中输出耦合器的结构示意图；图4是本专利技术实施例中12合1路矩形腔式功率合成器的输出端到各端口的S参数示意图；图5是本专利技术实施例中12合1路矩形腔式功率合成器的输出端到各端口的相移示意图。具体实施方式以下结合附图来对本专利技术进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本专利技术，它们不应该理解成对本专利技术的限制。如图1所示，本专利技术提供的矩形腔式功率合成器包括矩形腔体1、输入耦合器2和输出耦合器3，其中，矩形腔体1采用矩形谐振腔结构，输入耦合器2采用U型结构的磁耦合，输出耦合器3为电耦合，输出耦合器3包括馈管31和探针32。矩形腔体1的前后两窄壁上(即矩形腔体1长度相同的四个壁中宽度较窄的两侧壁)间隔对称开设有若干第一通孔11，若干输入耦合器2的一端均穿过对应一第一通孔11深入矩形腔体1内，与对应第一通孔11一侧的矩形腔体1内壁固定连接；若干输入耦合器2的另一端均用于固定连接一固态功率源模块，固态功率源模块通过输入耦合器2馈入功率至矩形腔体1，所有固态功率源模块馈入的功率在矩形腔体1内合成。矩形腔体1的顶部宽壁(即矩形腔体长度相同的四个壁中宽度较宽的侧壁)中心开设有第二通孔，用于插设固定馈管31，馈管31内插设固定探针32，探针32的输出端用于连接外部负载，通过调节输入耦合器2和输出耦合器3的耦合度，使得输出端与外部负载匹配。在一个优选的实施例中，如图1、图2所示，输入耦合器2的耦合度通过U型结构磁耦合的位置(即第一通孔11与矩形腔体1中心之间的距离d)、插入深度(图2中的d2)、弯曲半径(图2中的r)和旋转角度进行调节；输出耦合器3的耦合度通过探针32的插入深度进行调节。在一个优选的实施例中，输入耦合器2采用50Ω特征阻抗匹配，输入耦合器2的数量可以根据实际功率需求进行设定，以保证输入耦合器2间的串扰足够小。在一个优选的实施例中，如图3所示，馈管31的中部两侧分别设置有法兰33，法兰33可以采用特氟龙法兰，馈管31通过法兰33固定连接探针31，探针31的针端采用半球形结构，以避免探针31附近电磁场的畸变。输出耦合器3采用50Ω特征阻抗匹配，探针32的半径(图3中的r2)与馈管31的半径(图3中的v)比为1：2.303。下面通过具体实施例详细说明本专利技术的矩形腔式功率合成器：如图1所示，为一12路合1路的650MHz矩形腔式功率合成器，其中，矩形腔体1的尺寸为120mm×240mm×830mm。12个输入耦合器2固定设置在矩形腔体1的窄壁两侧，成对称分布，相邻输入耦合器2的中心间距为80mm。如图2所示为输入耦合器2的结构示意图，输入耦合器2的内芯半径为2mm，输入采用50Ω特征阻抗匹配，探针32的半径r2与馈管31的半径r1比为1：2.303。通过调整输入耦合器2的插入深度和弯转半径调节输入耦合器2的耦合度，通过旋转各个输入耦合器2使得所有输入耦合器2的耦合度保持一致。如图3所示为输出耦合器3的结构示意图，输出耦合器3的尺寸采用41/2英寸同轴线，位于矩形腔体1的宽壁中心，探针32的针端采用半球形结构，避免探针32附近电磁场的畸变。通过调节探针32的插入深度改变输出耦合器3的耦合度。采用仿真软件进行仿真，通过调节输入耦合器2和输出耦合器3的耦合度使得输出端匹配。如图4所示，为12合1路矩形腔式功率合成器的输出端到各端口的S参数，从图中可以看出，输出端反射几乎为0，可以认为匹配良好，各输入端到输出端的传输系数差异很小，说明12个输入耦合器2的一致性良好。如图5所示，为此12合1路矩形腔式功率合成器输出端到各端口的相移，可以看出，输入端到输出端的相位漂移几乎一致，说明该矩形腔式功率合成器的各输入端具有良好的相位一致性。通过上述数据结果可以看出，本专利技术的矩形腔式功率合成器具有非常良好的性能：1)功率合成效率高、输入端一致性好；2)由于可以根据实际需求确定输入耦合器2的路数，本专利技术矩形腔式功率合成器的功率容量可以很大；3)由于输入耦合器2分布矩形腔体1两侧且具有一定距离，给固态功率源模块与矩形腔体1直接耦合的空间，因本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矩形腔式功率合成器，其特征在于，包括：矩形腔体，所述矩形腔体采用矩形谐振腔结构，所述矩形腔体的前后两壁上间隔对称开设有若干第一通孔；输入耦合器，所述输入耦合器采用U型结构的磁耦合；若干所述输入耦合器的一端均穿过对应所述第一通孔深入所述矩形腔体内，与对应所述第一通孔一侧的所述矩形腔体内壁固定连接，若干所述输入耦合器的另一端均用于固定连接对应固态功率源模块；输出耦合器，所述输出耦合器插设固定在所述矩形腔体的顶部中心，所述输出耦合器的输出端用于连接负载。

【技术特征摘要】
1.一种矩形腔式功率合成器，其特征在于，包括：矩形腔体，所述矩形腔体采用矩形谐振腔结构，所述矩形腔体的前后两壁上间隔对称开设有若干第一通孔；输入耦合器，所述输入耦合器采用U型结构的磁耦合；若干所述输入耦合器的一端均穿过对应所述第一通孔深入所述矩形腔体内，与对应所述第一通孔一侧的所述矩形腔体内壁固定连接，若干所述输入耦合器的另一端均用于固定连接对应固态功率源模块；输出耦合器，所述输出耦合器插设固定在所述矩形腔体的顶部中心，所述输出耦合器的输出端用于连接负载。2.如权利要求1所述的一种矩形腔式功率合成器，其特征在于，所述输入耦合器的耦合度通过U型结构磁耦合的位置、插入深度、弯曲半径和旋转角度进行调节。3.如权利要求2所述的一种矩形腔式功率合成器，其特征在于，所述U型结构磁耦合的位置为所述第一通孔与所述矩形腔体中心之间的距离。4.如权利要求1所述的一种矩形腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄贵荣，曾凡剑，孙列鹏，施龙波，高郑，朱正龙，薛纵横，何源，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃,62