[發(fā)明專(zhuān)利]波導(dǎo)-微帶集成功率分配器及合成器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210115152.7
• 申請(qǐng)日: 2012-04-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102623781A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝小強(qiáng);趙翔;詹銘周;吳永倫;周睿;周沛翰;謝凌霄
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01P5/08
• 分類(lèi)號(hào): H01P5/08
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專(zhuān)利中心 51203
• 代理人: 周永宏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微波毫米波固態(tài)功率合成技術(shù)領(lǐng)域；特別涉及毫米波、亞毫米波段寬頻帶低損耗波導(dǎo)-微帶集成功率分配與合成技術(shù)。

背景技術(shù)

隨著工作頻率的上升，由于材料、工藝原因，固態(tài)器件輸出能力呈指數(shù)下降，例如當(dāng)前八毫米波頻段單器件輸出能力在5W左右，三毫米波頻段固態(tài)單器件輸出能力只有100-200mW左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足系統(tǒng)需求。功率合成技術(shù)是解決單器件輸出能力不足，獲取更高功率的有效手段。功率合成實(shí)際上是各合成信號(hào)的矢量疊加，要求各合成信號(hào)為等幅同相關(guān)系；同時(shí)還要求合成時(shí)信號(hào)路徑損耗低。對(duì)于毫米波功率合成技術(shù)來(lái)說(shuō)，各放大單元采用同一批次功率單片實(shí)現(xiàn)，為合成各支路信號(hào)幅度和相位一致性奠定基礎(chǔ)；采用低損耗對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的合成網(wǎng)絡(luò)，保證各支路信號(hào)傳輸路徑等幅同相關(guān)系，同時(shí)滿(mǎn)足信號(hào)的低損耗傳輸要求；并且合成網(wǎng)絡(luò)要求便于集成固態(tài)功率單片。因此，設(shè)計(jì)低損耗、幅度相位一致性良好、支路便于集成固態(tài)功率器件的功率分配/合成器是獲取毫米波高功率的關(guān)鍵。

對(duì)毫米波頻段來(lái)說(shuō)，較短的工作波長(zhǎng)使得這種低損耗、支路幅度相位一致、便于集成固態(tài)功率器件的功率分配/合成器設(shè)計(jì)難度更大。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)采用了波導(dǎo)-微帶集成結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了毫米波功率分配/合成。這種類(lèi)型的功率分配/合成器將波導(dǎo)立體傳輸線(xiàn)與微帶集成傳輸線(xiàn)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了功率分配/合成和波導(dǎo)-微帶過(guò)度轉(zhuǎn)換，為毫米波固態(tài)功率合成實(shí)現(xiàn)奠定了一定基礎(chǔ)。其中，文獻(xiàn)[1](“A?broad-band?3-dB?in-phase?divider?for?millimeter-wave?lengths”，作者：Xiaoqiang?Xie，Xiao?liu，Weigan?Lin.Asia-Pacific?Microwave?Conference，2008)所述為一個(gè)0°3-dB波導(dǎo)-微帶集成功率分配器，結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，可與波導(dǎo)電橋結(jié)合實(shí)現(xiàn)更多支路的功率分配/合成。該結(jié)構(gòu)中，兩微帶線(xiàn)處于面對(duì)面放置，關(guān)于波導(dǎo)中心面對(duì)稱(chēng)，從波導(dǎo)寬邊同側(cè)插入波導(dǎo)。兩微帶線(xiàn)間距小于波導(dǎo)寬邊尺寸。在實(shí)用中，后續(xù)電路需要在該功分結(jié)構(gòu)兩微帶線(xiàn)金屬條帶上分別安放固態(tài)器件，兩微帶線(xiàn)間需預(yù)留一定間距，該間距不僅要大于固態(tài)器件高度的兩倍，還要滿(mǎn)足加工需要。因此，安放單個(gè)固態(tài)器件的空間高度小于波導(dǎo)寬邊尺寸一半。隨著頻率增高，波導(dǎo)尺寸變小，波導(dǎo)寬邊尺寸將不能滿(mǎn)足安放兩固態(tài)器件的需要，因此，這類(lèi)功率分配/合成器只能用在毫米波低端以下頻率，如文獻(xiàn)[1]所述8mm頻段。

文獻(xiàn)[2](“Design?of?a?Full?Band，Compact??Waveguide-Microstrip?PowerSplitter?Using?Multilayer?PCB?Technology”，Hong?Yi?Lim，Zhicheng?Wei，Zhuo?Li，Geok?Ing?Ng，Yoke?Choy?Leong，Radio-Frequency?Integration?Technology，2009.RFIT?2009.)與文獻(xiàn)[1]中結(jié)構(gòu)相比較，兩微帶的安放方式并未變化。其改進(jìn)在于：1.探針的結(jié)構(gòu)由文獻(xiàn)[1]中的3段變?yōu)?段，以獲得更好的寬帶效果，但是從仿真結(jié)果來(lái)看，改進(jìn)后效果不明顯；2.文獻(xiàn)[2]中功分結(jié)構(gòu)將文獻(xiàn)[1]中兩探針間未填充介質(zhì)的空間用介質(zhì)填滿(mǎn)，并采用多層PCB技術(shù)進(jìn)行制作。由于兩探針間充滿(mǎn)介質(zhì)，無(wú)法安裝固態(tài)器件，不能用于固態(tài)功率合成技術(shù)領(lǐng)域。因此，文獻(xiàn)[2]中功分器相對(duì)于文獻(xiàn)[1]中的功分器無(wú)實(shí)質(zhì)性、可實(shí)際運(yùn)用的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種波導(dǎo)-微帶集成功率分配器及合成器。

本發(fā)明的具體方案是：波導(dǎo)-微帶集成功率分配器及合成器，包括矩形波導(dǎo)、介質(zhì)基板、嵌入介質(zhì)基板中的公共地、以公共地對(duì)稱(chēng)并貼附在介質(zhì)基板上表面和下表面的兩個(gè)微帶探針，所述兩個(gè)微帶探針?lè)謩e與兩組微帶線(xiàn)阻抗變換段、兩微帶傳輸線(xiàn)依次連接構(gòu)成兩組平行的并以公共地對(duì)稱(chēng)的分別位于介質(zhì)基板上表面和下表面的微帶線(xiàn)，所述兩個(gè)微帶探針沿著矩形波導(dǎo)E面從矩形波導(dǎo)寬邊側(cè)壁開(kāi)口垂直插入矩形波導(dǎo)內(nèi)，其插裝位置對(duì)稱(chēng)于矩形波導(dǎo)的寬邊中心面；且兩微帶探針的中心線(xiàn)與矩形波導(dǎo)傳輸方向上的波導(dǎo)短路面的理論間距為四分之一波導(dǎo)波長(zhǎng)。