一种毫米波太赫兹准光波束功率合成网络，包括：高斯束变换模块、中央带孔的抛物面反射镜、双曲面反射镜及接收喇叭天线。高斯束变换模块、椭球面反射镜、抛物面反射镜和双曲面反射镜在空中摆放的位置按公式计算得到。待合成的功率经高斯束变换模块成高斯束以波束汇聚的形式传播至抛物面反射镜，反射到双曲面反射镜最后反射进入接收喇叭天线中，在接收喇叭天线中直接合成大功率信号。利用该波束功率合成结构可输出高功率的微波毫米波信号，结构简单、方便调试、以反射面镜组合实现任意路数的合成，克服了目前毫米波功率合成网络承受功率小、太赫兹功率合成网络损耗大的缺点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用准光波束方法的毫米波太赫兹多路功率合成技术，用于把N路待合成的(高)功率信号转换成准光波束，再用准光技术合成一个波导模式或者一个波束，得到更高功率的电磁信号，具体涉及一种毫米波太赫兹准光波束功率合成网络。
技术介绍
在近年来广受关注的太赫兹技术研究中，太赫兹源输出功率小是严重限制太赫兹技术推广应用的关键瓶颈，迄今为止研究的各种太赫兹源，不管是固态倍频源、电真空源还是光电源等，输出的功率都很小，且10年之内预料也不会有什么突破。因此，提高太赫兹源输出功率的现实可行的技术途径就是功率合成。在微波毫米波频段，功率合成技术已有广泛深入的研究，这些技术尽管各有差别，但都有一个共同点，就是用波导等传输线结构来实现。在太赫兹频段，波导损耗大，合成的功率大部分都被损耗掉了 ；微带等传输线损耗更大，更不能用于功率合成电路中。准光技术利用聚束波束在空中的传播，具有比常规传输线损耗小很多的优点，用于太赫兹功率合成显然有优越性。在太赫兹频段，因为波长很短，准光功率合成结构尺寸也不大。在毫米波频段，尽管功率合成技术已有大量研究，但其目标都是将很小的功率如毫瓦级的功率合成到瓦级，或把百毫瓦级的功率合成到百瓦级，最终输出的功率仅到百瓦级。因此，可以采用常规波导或者传输线结构。但是，如果要合成的功率单路就在百千瓦级，合成后的功率将达几百千瓦甚至达兆瓦级，则基于常规波导和传输线的功率合成网络不能承受这么高的功率，一方面是传输线尺寸小，功率容量也小；另一方面这些功率合成网络里有很多不连续性，在这些不连续处极易发生击穿打火。准光技术中电磁功率通过聚束波束在空间传播，通过聚焦反射镜控制波束的传播，没有波导的边壁，也没有微带等传输线的导带，不存在易引起打火的不连续性从而限制功率容量的问题。因此，利用准光技术来把多个波束合成一个波束，即把多路功率合成一路功率，具有承受功率高的独特优点。我们已经提出过利用准光技术把2个波束合成I个波束的技术[杨春、窦文斌，毫米波准光功率合成技术研究，《2009年全国天线年会论文集(下)》]。这个技术要实现多路合成I路，就要经过几个2合I过程，需占用很大空间，不方便应用。目前，功率合成技术有不同的实现途径和称呼，如芯片级合成、电路合成、空间合成和准光合成等。这些称呼是从功率合成的技术途径来命名的。为了更清晰地说明功率合成的技术特征，我们从功率合成的网络拓扑来分类，至于实现特定网络的物理结构可以是芯片级合成、电路级合成、空间合成或准光合成。这里我们把功率合成的网络拓扑分为2-1型和N-1型，定义如下:2-1型:这种网络拓扑的特征是:2合为1，4合为2，8合为4，16合为8，其余类推；示意如附图说明图1。这种网络拓扑的优点是物理结构简单，有现成的平面功率分配合成结构可用，且已发展得相当成熟。其缺点是合成很多路时需要多级2合1，因此传输损耗大，当达到一定路数时，再增加合成的路数也不会增加输出功率；同时多级2合I实现时占用空间也大。另一缺点是它合成的路数须是2的整数倍，对于调控输出功率的大小不方便，增加I级输出功率过大，不增加又不够。N-1型:这种网络拓扑的特征是:只须一级就把N路合成I路。对于用准光技术来实现这种网络拓扑，N选为2的倍数，如4，6，8等；若用波导结构，则N不必是2的倍数。这种网络拓扑的优点是结构紧凑，损耗小，示意如图2。本专利技术的独特之处就在于只须一级就把N个波束合成I个波束(即N路合成I路)。用准光技术实现这种功率合成网络无疑将是毫米波太赫兹(高)功率合成技术的一大突破。目前，已报道的能实现这种N-1型网络拓扑的有空间功率合成和准光功率合成技术。如1983年W.Lothar等人提出的注入式准光功率合成方法[Millimeter wavepower combining quasi—optical techniques.1EEE.Trans.0n Microwave TheoryTech, 1983，Vol.MTT-31:189-193]，该方法采用两路或多路彼此独立振荡器的输出功率，通过介质天线注入到准光腔中进行功率合成。由于注入信号间相位不统一，合成效率不够理想。2001年由Xin Jiang, Li Liu等人提出的开槽波导空间功率合成结构是一种八路功率合成网络[Anovel Ka-band I to 8power divider/combiner.1EEE MTT-S MicrowaveSymposium Digest, 2001, 35 -38],波导到微带的良好过渡减小了回波损耗,利用销钉作并联电感电纳，调节阻抗匹配；这种结构易于加工，外形小并且具有较高的合成效率，不足的是不易调节且很难拓展应用。东南大学陈明勇，窦文斌在Ka波段设计了一种径向功率合成网络[Ka波段径向波导功率合成网络，电波科学学报，2010,25(4):745-748]，这种结构需要被合成的各通道与合成网络连接后统一调试，各通道不能单独调试。在这个技术基础之上，又发展出星形功率合成网络[Xiang Bo, Dou Wenbin, A Ka Band SpatialSix-way Power Divider/Combiner, 201IChina-Japan Joint Microwave ConferenceProceedings, 2011，440-442]，这个网络将径向波导转换到多个矩形波导，解决了径向波导合成网络各通道单独调试不方便的困难。这些功率合成结构都不能承受百千瓦级以上的功率。利用高斯波束传播高功率微波能量主要有两种形式，一是利用单天线，将高斯波束束腰的位置放置在发射天线口面，以最大功率来发射；二是利用大面积聚焦阵列天线合成技术，将高斯束腰置于目标区发射功率。一般高斯波束传输的能量都很高，在传输路径上需要注意避免发生大气击穿。设在高斯波束束腰处的主模电场为:本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种毫米波太赫兹准光波束功率合成网络，其特征在于包括N个高斯束变换模块(1)、双曲面反射镜(2)、抛物面反射镜(3)、接收喇叭(4)，N=2，4，6，8…；N个高斯束变换模块位于一圆周C1上且均匀分布，双曲面反射镜(2)放置在N个高斯束变换模块所在圆周C1的中央的下方，抛物面反射镜(3)放置在双曲面反射镜(2)的下方，中央留一孔，抛物面反射镜(3)与双曲面反射镜(2)共轴，接收喇叭(4)置于抛物面反射镜(3)中央孔的下方，整个系统结构呈旋转对称性。
【技术特征摘要】
1.一种毫米波太赫兹准光波束功率合成网络，其特征在于包括N个高斯束变换模块(I)、双曲面反射镜(2)、抛物面反射镜(3)、接收喇叭(4)，N=2，4，6，8...#个高斯束变换模块位于一圆周Cl上且均匀分布，双曲面反射镜(2)放置在N个高斯束变换模块所在圆周Cl的中央的下方，抛物面反射镜(3)放置在双曲面反射镜(2)的下方，中央留一孔，抛物面反射镜(3)与双曲面反射镜(2)共轴，接收喇叭(4)置于抛物面反射镜(3)中央孔的下方，整个系统结构呈旋转对称性。2.根据权利要求1所述的一种毫米波太赫兹准光波束功率合成网络，其特征在于频率信号源经高斯束变换模块(I)辐射出汇聚的高斯束，由高斯束携带的功...
【专利技术属性】
技术研发人员：窦文斌，王龙，玄倩倩，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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