本发明专利技术公开了一种空间功率分配／合成器。圆盘形空气柱透镜是由上下两层金属圆盘构成的金属圆盘形平行板波导，金属圆盘形平行板波导上下两内表面呈弧形面，标准矩形波导的长边垂直于圆盘形空气柱透镜的金属圆盘，过渡波导呈喇叭口状，过渡波导的一端与标准矩形波导相连，过渡波导的另一端与圆盘形空气柱透镜相交，U型输出阵列的输出端面为矩形，U型输出阵列的输入端面是与圆盘形空气柱透镜相配合的半圆形圆弧面，U型输出阵列内设有多片与圆盘形空气柱透镜的金属圆盘相垂直的平行金属隔板。本发明专利技术的输出功率高，频带宽，合成效率高，并且具有设计简单，加工精度要求低，制作成本低，可扩展性强和易实现散热等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功率分配/合成器，尤其涉及一种空间功率分配/合成器。
技术介绍
近几十年来在微波和毫米波频率范围，提出了多种功率合成技术。准光(空间)功 率合成技术是20世纪80年代初提出的一种功率合成方法。在这种准光或空间功率合成中， 功率由有源器件耦合为大直径的导波波束，再通过波束聚焦到空间功率需求处或转换为波 导模式输出。大直径的波束横截面使得可以采用的合成单元数目更多，从而可提供更大的 输出功率。而所有的合成单元都处于并联工作状态，故损耗基本上与合成单元数量无关，这 使得空间功率合成在合成单元数目较多(>32)时具有十分明显的优势，可以满足高功 率的需求。其能量的分配与合成通过低损耗的波导或Gaussian波束完成，合成系统中的欧 姆损耗很小。合成损耗主要由有源器件耦合输出为传播波束以及传播波束耦合到功率接收 端口时引起，而这类损耗可以通过优化设计做到很小，所以空间功率合成总传输损耗很小。在各种合成技术中，准光(空间)功率合成技术可以说是最适合实现大功率和高效 率的一种技术，尤其在高频应用(例如在毫米波和亚毫米波段)的时候，这种优势就更为明 显。在可靠性方面，由于空间功率合成器各合成单元为并联关系，相互间的影响很小，当部 分单元失效时系统仍能正常可靠的工作，而不会出现毁灭性的结果。可以说，空间合成是进 一步提高输出功率的最有效的方法，也是当前最热门的功率合成技术之一 。在准光功率合成中一般都采用功放阵列来进行功率合成，这是因为每一个功放产 生的噪声是非相干的，所以合成信号的宽带噪声指数跟单个功放产生的噪声指数相当， 同时，合成信号的相位噪声功率跟功放的数目成反比，这样合成单元数目越多，越可以 提高系统的动态范围，这对于毫米波系统的应用是非常有现实意义。大功率准光功率合成中常用的结构可以分两种“托盘式”和“贴片式”。“托盘 式”中功放阵列所在的平面与波的传输方向平行，由于整个功放阵列类似于托盘式排列而 得名；而在“贴片式”结构中，功放阵列所在的平面则垂直于波的传输方向，整个功放阵列类 似于贴片式排列。一般而言，托盘式结构由于采用行波放大结构，因而频带宽，易散热，缺点 是结构大，集成有些复杂；而“贴片式”通常采用谐振形式，结构紧凑，更适合单片集成，缺点 是频带比较窄。最有代表性的“托盘式”功率合成结构是美国洛克希德一马丁公司下的Sanders 分公司报道的60GHz准光功率合成器，该合成器采用272个单片功放同时工作，在 60GHz得到了 35W连续波功率输出。该系统首先用渐变波导的方式将输入信号耦合分配到 17路偶极子天线阵列，每一路信号再经过4X4路微带Wilkinson功率分配器平均分配成 16路，这样共有17X 16 = 272路信号，每一路信号再经过一个3级单片功率放大器，放大后 的信号经由一个喇叭波导收集输出，整个合成器3dB带宽为4GHz，合成效率为45% — 50%, 这是目前在文献报道中输出功率最大的V波段固态功率源。“贴片式”功率合成结构中最具有代表性的是由美国洛克希德一马丁公司和北卡州立大学联合研制的八毫米功率合成器，该合成器采用了 45个微带天线有源阵列在波 导喇叭中合成输出了 25W的功率，工作频率为34GHz，3dB带宽为800MHz。另一种结构更为 紧凑的是所谓的“节点式”功率合成，美国加州工学院采用PHEMT技术集成了一种单片“节 点式”功放阵列W]，该功放阵列在Icm2的面积上集成了 512个晶体管，然后用透镜聚焦合 成，在37GHz上得到了 5W的功率输出，功率附加效率17%，3dB带宽1. 3GHz。由于采用了特 别的散热技术，整个芯片的表面温度被有效的控制在60°以内。这种结构的缺点是输出功 率较小。目前，国内一些高校和研究院所在毫米波功率合成技术方面也有广泛深入的研 究，如电子科技大学谢小强在八毫米功率合成电路方面也做了研究，采用Agilent公司的 HMMC5040作为放大单元，制作出的波导接口的两路合成放大电路，在频率为33 35GHz实 测饱和输出功率达170mW，合成效率大于70%。中电集团电子十所管玉静等人研制的八路开 槽波导空间功率合成放大器在34GHz - 35GHz达到了 83%以上的合成效率和IW的输出功 率。参考文献M. P. DeLisio and R. A. York, "Quasi-optical and spatial power combining, "IEEE Trans. Microwave Theory Tech. , vol. 50, pp. 929-936，Mar. 2002.M. P. DeLisio, R. M. ffeikle, II，and D. B. Rutledge, "Element efficiency and noise in grid arrays, ” IEEE Trans. Microwave Theory Tech. , vol. 46, pp. 1949 - 1955，Nov. 1998.R. A. York, “Some considerations for optimal efficiency and low noise in large power combiners,，，IEEE Trans. Microwave Theory Tech. , vol. 49, pp. 1477 - 1482，Aug. 2001.J. J. Sowers, D. J. Pritchard, A. E. White, W. Kong, 0. S. A. Tang, D. R. Tanner, and K. Jablinskey, "A 36W, V-band, solid-state source,，，IEEE MTTS Int. Microwave Symp. Dig. , Anaheim, CA, 1999, pp. 235 - 238.S. Ortiz, J. Hubert, L. Mirth, and A. Mortazawi, "A high-power Ka-band quasi-optical amplifier array,，，IEEE Trans. Microwave Theory Tech. , vol. 50, pp. 487 - 494，Feb. 2002.B. Deckman, D. S. Deakin, Jr. , E. Sovero, and D. Rutledge, "A 5-watt, 37-GHz monolithic grid amplifier, ” in IEEE MTTS Int. MicrowaveSymp. Dig., Boston, MA, 2000，pp. 805 - 808。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述已有技术的不足，提供一种空间功率分配/合成器。一种空间功率分配/合成器包括标准矩形波导、过渡波导、圆盘形空气柱透镜和U 型输出阵列；圆盘形空气柱透镜是由上下两层金属圆盘构成的金属圆盘形平行板波导，金 属圆盘形平行板波导上下两内表面呈弧形面，标准矩形波导的长边垂直于圆盘形空气柱透 镜的金属圆盘，过渡波导呈喇叭口状，过渡波导的一端本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种空间功率分配／合成器，其特征在于包括标准矩形波导（１）、过渡波导（２）、圆盘形空气柱透镜（３）和Ｕ型输出阵列（４）；圆盘形空气柱透镜（３）是由上下两层金属圆盘构成的金属圆盘形平行板波导，金属圆盘形平行板波导上下两内表面呈弧形面，标准矩形波导（１）的长边垂直于圆盘形空气柱透镜（３）的金属圆盘，过渡波导（２）呈喇叭口状，过渡波导（２）的一端与标准矩形波导（１）相连，过渡波导（２）的另一端与圆盘形空气柱透镜（３）相交， Ｕ型输出阵列（４）的输出端面为矩形，Ｕ型输出阵列（４）的输入端面是与圆盘形空气柱透镜（３）相配合的半圆形圆弧面，Ｕ型输出阵列（４）内设有多片与圆盘形空气柱透镜（３）的金属圆盘相垂直的平行金属隔板，Ｕ型输出阵列（４）内的金属隔板之间的距离等于标准矩形波导（１）的宽边尺寸，Ｕ型输出阵列（４）内的金属隔板的高度等于标准矩形波导（１）的长边。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴锡东，杨楠，周金芳，华昌洲，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86
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