[發明專利]毫米波低反射高隔離功率合成器

無效

• 申請號: 200810019397.3
• 申請日: 2008-01-08
• 公開（公告）號: CN101217211A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發明（設計）人: 殷曉星;趙洪新;楊非;孫忠良
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01P5/12
• 分類號: H01P5/12;H01P5/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明涉及一種功率合成器，尤其是一種能夠工作在毫米波及其以上頻段的低反射且輸入端口之間高隔離的功率合成器。

背景技術

功率合成器的功能是把兩條傳輸線輸入的功率合成到一條傳輸線上輸出，屬于三端口網絡。由于功率合成器通常也可以用作功率分配器，因此在一般情況下不再區分功率合成器和功率分配器的名稱。威爾金森功率合成器是一種常用的功率合成器，其結構特征是在兩條輸入傳輸線之間接有一個集中參數的隔離電阻，隔離電阻與兩條輸入傳輸線的交匯處之間的距離是四分之一波長。為了避免兩條輸入傳輸線之間的耦合，兩條輸入傳輸線在隔離電阻與傳輸線的接入處到兩條輸入傳輸線的交匯處之間，都彎成近似的半園形。由于隔離電阻的存在，威爾金森功率合成器屬于有耗的三端口網絡，它不僅三個端口都能匹配、端口反射小，而且兩條輸入傳輸線之間的隔離也是很好的。

但是在工作頻率較高的毫米波頻段或者是比毫米波頻率更高的頻段，威爾金森功率合成器難以實現，其原因有兩個：首先是四分之一波長傳輸線無法形成半圓形，由于波長很短，在毫米波頻段的低段，在基片上四分之一波長傳輸線的實際長度不到2毫米，而傳輸線的寬度通常在0.8毫米左右，0.8毫米寬、2毫米長的傳輸線要形成半園形很困難，如果工作頻率到了毫米波頻段的高端甚至更高頻段，那么四分之一波長的傳輸線的長度更短，而寬度基本不變，這樣就完全無法形成半園形；其次是在毫米波及頻率更高的頻段，目前還沒有可用的集中參數隔離電阻。

由于上述兩個原因，目前在毫米波或者更高頻段使用的功率合成器不使用隔離電阻，這樣的功率合成器屬于互易無耗三端口網絡。在理論上，互易無耗三端口網絡的三個端口不可能同時匹配。因此這樣的功率合成器不僅三個端口中總有一個或兩個端口匹配不好，因而端口的反射大，而且它的兩條輸入傳輸線之間的隔離也不好，隔離度通常只有-6dB左右。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提出一種能夠工作在毫米波或者更高頻段的低反射高隔離功率合成器，該功率合成器不使用集成參數隔離電阻，其三個端口均有良好的匹配、反射小，而且其輸入傳輸線之間的具有良好的隔離。

技術方案：本發明的毫米波低反射高隔離功率合成器包括第一輸入傳輸線、第二輸入傳輸線、隔離傳輸線、輸出傳輸線和吸收材料；其中：第一輸入傳輸線的一端是第一輸入端口，第二輸入傳輸線的一端是第二輸入端口，第一輸入傳輸線的另一端與第二輸入傳輸線的另一端相連并在此與輸出傳輸線的一端相連形成三線交匯處，隔離傳輸線接在第一輸入傳輸線與第二輸入傳輸線之間，吸收材料放置在隔離傳輸線上。第一輸入傳輸線和第二輸入傳輸線的長度一樣或者相差波長的整數倍；而第一輸入傳輸線和第二輸入傳輸線之間經過隔離傳輸線與不經過隔離傳輸線的兩條不同傳播路徑的長度之差為二分之一波長的奇數倍。隔離傳輸線的特性阻抗根據從一個輸入端口即第一輸入端口或第二輸入端口輸入的信號功率，經過兩條不同傳播路徑的到達另一個輸入端口即第二輸入端口或第一輸入端口的兩路信號功率大小一致的要求確定。吸收材料的大小以及它在隔離傳輸線上的位置和放置角度根據從一個輸入端口即第一輸入端口或第二輸入端口輸入的信號功率，經過兩條不同傳播路徑的到達另一個輸入端口即第二輸入端口或第一輸入端口的兩路信號功率大小一致的要求確定。輸出傳輸線的特性阻抗依據阻抗匹配的原則確定。第一輸入傳輸線和第二輸入傳輸線的特性阻抗依據阻抗匹配的原則確定。

由于吸收材料的存在，使得本發明的功率合成器屬于三端口有耗網絡，不再受互易無耗三端口網絡的三個端口不能同時匹配的理論限制，通過調節第一輸入傳輸線、第二輸入傳輸線和輸出傳輸線的特性阻抗，或者在這三條傳輸線上加阻抗變換電路，可以實現三個端口的同時匹配。

兩條輸入傳輸線的長度一樣或者相差波長的整數倍，在兩條輸入傳輸線之間有兩個信號功率的傳播路徑，一個是從一條輸入傳輸線經過隔離傳輸線到另一條輸入傳輸線的路徑，另一個是從一條輸入傳輸線經過兩條輸入傳輸線的交匯處到另一條輸入傳輸線的路徑。如果這兩條傳播路徑的長度相差二分之一波長的奇數倍，那么這兩路的信號就相互抵消，這樣就增加了兩條輸入傳輸線之間的隔離。

由于功率合成器和功率分配器原理一樣，上述毫米波或更高頻段功率合成器的技術方案也可以用于毫米波或更高頻段的功率分配器。