[發明專利]基于扇形波導的功率分配/合成器

有效

• 申請號: 201510790624.2
• 申請日: 2015-11-17
• 公開（公告）號: CN105322265B
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 詹銘周;楊濤;李寧曉;何望棟;劉珂偉;楊明濤
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01P5/12
• 分類號: H01P5/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種適用于毫米波頻率高端的波導多路功率分配/合成器。該基于扇形波導的功率分配/合成器，包括一個矩形波導輸入端口，一個模式激勵器，一個180°扇形波導，一個匹配結構以及若干個(n≥2)矩形波導輸出端口。矩形波導中的TE₁₀模通過模式轉換器(矩形波導饋源或Y型波導饋源，當扇角小于90°時用前者；當扇角介于90°和180°之間時用后者)在扇型波導內激勵起TE₀₁模，且對其他模實現抑制。經多路功率分配器實現扇形波導到n個矩形波導TE₁₀模的模式轉換和能量分配，每個輸出端口的信號等幅同相。該發明與圓波導相比，扇形波導激發的模式不存在極化簡并，模式純度更高，帶寬更寬；與同軸線的TEM模，其好處是損耗更小，功率容量更大，并且電路的尺寸更大，加工成本和加工難度更低。

技術領域

本發明涉及毫米波功率合成技術領域，具體涉及一種基于扇形波導的功率分配/合成器。

背景技術

毫米波在通信、雷達、制導、電子戰、射電天文學及臨床醫學等領域都有重大的意義。相比微波低端，毫米波可以攜帶更多的信息，具有更高的跟蹤與識別精度；毫米波元器件的尺寸較小，因此毫米波系統更容易小型化。在毫米波電路及電子系統中，發射機的發射功率對系統的作用距離、通信質量、干擾與反干擾能力有決定性的意義，微波毫米波全固態高功率發射系統已成為現代先進微波毫米波通信和雷達的標志。通常，微波毫米波高功率獲取主要有兩個途徑：真空電子功率器件和固態功率器件。真空電子管、行波管等器件雖然能在毫米波頻段提供足夠大的功率輸出，但受限于體積、重量等因素，應用范圍受限；相比較而言，微波固態器件體積小、重量輕，但是受限于現有半導體物理器件特性，單個固態器件輸出功率有限。采用組合多個相干放大器的功率合成技術可以將放大器的功率輸出能力成倍提升，從而達到取代中小型行波管的目的，可實現體積小、重量輕、成本低、可靠性高、壽命長、電壓低、失效率低等性能。

功率合成技術的關鍵是要實現多路數、寬頻帶、低損耗的功率分配器，將一路信號分為若干路分別放大后，再將功率分配器用作功率合成器完成多路信號的合成，最終系統的輸出功率等于每個固態器件輸出功率之和，從而實現輸出功率的倍增。傳統的功率合成電路有Wilkinson功分器、Lange耦合器和分支線耦合器等，這些傳統的合成/分配電路由于屬于多級合成電路，且隨著合成路數增加合成效率迅速降低，在高合成效率的場合已經不能滿足實際需要。為了解決合成效率低的問題，各種新型的功率合成技術不斷涌現，其中自由空間波的功率合成以及準光空間功率合成得到了廣泛的研究與發展。自由空間功率合成技術僅適合于在空間功率需求點獲取高功率，這類技術不便于實現標準接口的固態高功率輸出，不利于系統應用推廣；可實現具有標準輸出口的準光空間功率合成技術也面臨合成能量收集效率低下，合成網絡中高次模式影響，合成網絡頻率帶寬窄，輻射損耗等問題。因此，在九十年代基于波導的空間功率合成技術應運而生。基于波導的空間功率合成技術合成效率較高，能有效的防止輻射損耗，具有良好的散熱性能，結構簡單易實現等優點，較好地彌補了準光功率合成技術和自由空間功率合成技術的不足。同時，它可以不受工作頻率及波導尺寸的限制，工作于微波、毫米波以及更高的亞毫米波頻段，有效地解決了在更高頻段實現高功率輸出的難題。

波導結構具有低損耗和大功率容量的特點，所以在高功率微波系統和毫米波系統中，波導的功分/合成電路有著無可替代的作用。徑向波導合成器采用多路波導徑向構架，可在一級波導電路中實現多路合成，具有低損耗、多支路特點，并可具有高功率容量特性，是一種微波毫米波多路高效率高功率合成網絡。徑向波導具有單位角度的徑向路數越多，模式越純凈的特點，而在實際使用中會出現有足夠多的合成路數就能滿足使用的特殊情況(輸出功率的實際需求和成本控制)，合成器的路數并一定是越多越好。

本發明采用扇形波導代替圓波導結構。好處是：扇形波導不存在極化簡并，并且扇角越小，模式純度越高，且工作模式的帶寬比圓波導更寬。在扇形波導中激勵起TE₀₁模，在各個分配端口可以得到等幅同相的信號。

發明內容