【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太赫兹波功率合成，具体提供一种基于新型高隔离网络的径向波导功率分配器。
技术介绍
1、太赫兹波相比毫米波具有频谱范围宽、信息容量大、分辨率高、抗干扰性好等优点，对天文观测、雷达成像应用和下一代无线通信等领域的发展具有重大的意义，但如何得到既能产生足够输出功率、又具有高频率灵敏度且小型化、低成本化的太赫兹功率源仍是制约太赫兹发展的一大瓶颈。随着国内外化合物半导体技术的发展，单个功率器件的输出功率不断提升，目前在w波段达到了数瓦的量级，在g波段达到了数十毫瓦的量级，但单个功率器件的输出功率仍远远达不到工程应用的需求，因此，近些年国内外开展了固态功率合成技术的研究，将放大器的功率输出能力成倍提升，从而达到取代行波管作为太赫兹功率源的目的。
2、功率合成是随着有源器件的出现而提出的，研究重点集中在分配/合成网络，主要的合成方式有二进制合成、行波合成、径向合成和空间合成等；对于太赫兹频段，从结构复杂度、加工难度、功率合成效率、工作带宽等方面考虑，径向功率合成是应用于高频段，实现高效功率合成的首选方式。本专利技术的专利技术人在公开号为cn114256581a的专利文献中公开了一种基于新型高隔离网络的径向波导功率分配/合成器，能够工作于太赫兹频段，该径向波导功率分配/合成器首次提出在分配/合成网络之间增加“隔离网络”的方法，在传统n+1个端口的基础上增加了至少2n个冗余端口，进而建立支路端口之间的强耦合联系，这种方法非常适用于太赫兹频段实现径向网络支路端口的高隔离度；但是，该方法存在te11模及其极化简并模的低阶干扰
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种新型高隔离径向波导功率分配器，用以解决现有太赫兹频段的径向波导功率分配/合成器存在的干扰模抑制度低及合成模式稳定性差等问题；本专利技术首先通过同轴线馈入圆极化te11模，在此基础上，采用e面波导魔t作为功分单元和合成单元构成环状匹配层，并基于双层结构构成匹配网络，通过匹配网络有效增加合成路数，有效提高分配器(合成器)的干扰模抑制度和合成模式稳定性，同时保证分配器实现高端口隔离度。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种新型高隔离径向波导功率分配器，其特征在于，包括：1个输入同轴线、n个输出矩形波导以及匹配网络，n≥2；其中，匹配网络由内环状匹配层与外环状匹配层构成、且二者采用相同结构，每个环状匹配层由n个功分单元与n个合成单元构成，功分单元与合成单元均采用e面波导魔t；每个环状匹配层中包括n路输入与n路输出，功分单元将输入信号等分为两路输出信号，功分单元之间相邻的两路输出信号再通过合成单元合成输出；圆极化te11模输入信号经过输入同轴线径向分为n路并输入内环状匹配层，内环状匹配层的输出对应连接外环状匹配层的输入，外环状匹配层的输出对应连接输出矩形波导，n个输出矩形波导对应输出n路幅度相同且相位依次滞后360°/n的te10模输出信号。
4、从工作原理上讲：
5、从矢量电压转移增益矩阵理论出发，依据矢量投影原理，采用等效电压矢量转移增益矩阵来建立合成端口和激励端口的电气关系；假设包含幅度误差的激励信号表示为是理想激励信号vpd和误差信号dvpd的线性组合，因此，非理想合成模的电压矢量表示为：
6、
7、
8、其中，se为包含误差分量的合成端电压矢量，为归一化的理想幅度信号，e为的误差分量，hn为gn的伪逆矩阵，gn为转移增益矩阵；
9、由于模式干扰是误差激励信号dvpd合成的误差分量e造成的，存在k个干扰模的误差信号dvpd表示为：
10、
11、其中，k表示存在干扰模的数量，为第i个干扰模的转移增益矩阵，ei为第i个干扰模的等效电压矢量，ηi为第i个干扰模的激励效率；
12、对于圆极化te11模，误差分量e的旋向与相反；因此，是径向合成器的矢量转移矩阵，则：
13、
14、其中，n为径向网络路数，ξn为第n路的幅度不平衡度，θn为第n路的相位不平衡度，ξ为归一化幅度不平衡度，θ为归一化相位不平衡度，为初始相位；
15、将式(4)代入式(2)，得到，
16、
17、
18、其中，ψ为归一化的理想相位；±j表示左旋或者右旋时间对称性，对应端口相位的依次超前或者滞后；
19、由此，得到包含误差分量的合成端电压矢量，考虑到误差分量的随机相关性ξ≈sinδ，干扰模抑制度可以表示为，
20、
21、由式(7)可知，在能够保证最大幅相误差的前提下，合成路数越多，模式纯净度越好；因此，本专利技术在圆极化te11模基础上，采用e面波导魔t作为功分单元和合成单元构成环状匹配层，并基于双层结构构成匹配网络，通过匹配网络有效增加合成路数，其中，匹配层外的支路端口数量不变，冗余支路均置于匹配层之内，最终实现圆极化te11模到若干个矩形波导te10模的转换和功率分配；与公开号为cn114256581a的专利文献相比，本专利技术能够有效提高干扰模抑制度和合成模式稳定性，同时，本专利技术中匹配网络同样能够实现该专利文献中隔离网络的作用，进而保证分配器具有高的端口隔离度。
22、综上所述，本专利技术的有益效果在于：
23、本专利技术提供一种新型高隔离径向波导功率分配器，该径向波导功率分配器实现输入同轴线te11模到矩形波导te10模的转换，由于传统径向网络在支路幅相不平衡时，会出现干扰模，不但合成效率下降，还会造成幅相突变，导致模式不稳定；本专利技术在径向网络中增加匹配层，当存在幅相突变时，大部分反射能量会被匹配层内的冗余支路吸收，支路端口受到的干扰模影响明显降低；当存在端口失效时，径向网络仍然能够有效合成电磁能量，维持了模式的稳定性，可实现支路端口间的高隔离度、高干扰模抑制度和高模式稳定性；本专利技术能够用于太赫兹频段功率分配/合成，得到n路信号的等幅功分；并且，由于te11模为同轴线的第二高次模，在功率分配结构设计时高次模的传播效应小，模式更纯，功分器的损耗更小，带宽更宽；通过增加匹配层结构，也降低了加工要求，尤其适用于太赫兹波频率高端。
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1.一种新型高隔离径向波导功率分配器，其特征在于，包括：1个输入同轴线、N个输出矩形波导以及匹配网络，N≥2；其中，匹配网络由内环状匹配层与外环状匹配层构成、且二者采用相同结构，每个环状匹配层由N个功分单元与N个合成单元构成，功分单元与合成单元均采用E面波导魔T；每个环状匹配层中包括N路输入与N路输出，功分单元将输入信号等分为两路输出信号，功分单元之间相邻的两路输出信号再通过合成单元合成输出；圆极化TE11模输入信号经过输入同轴线径向分为N路并输入内环状匹配层，内环状匹配层的输出对应连接外环状匹配层的输入，外环状匹配层的输出对应连接输出矩形波导，N个输出矩形波导对应输出N路幅度相同且相位依次滞后360°/N的TE10模输出信号。
【技术特征摘要】
1.一种新型高隔离径向波导功率分配器，其特征在于，包括：1个输入同轴线、n个输出矩形波导以及匹配网络，n≥2；其中，匹配网络由内环状匹配层与外环状匹配层构成、且二者采用相同结构，每个环状匹配层由n个功分单元与n个合成单元构成，功分单元与合成单元均采用e面波导魔t；每个环状匹配层中包括n路输入与n路输出，功分单元将输入...
【专利技术属性】
技术研发人员：詹铭周，王怀北，段植与，杜泽，李虎，崔佳淼，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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