[發明專利]一種Klopfenstein阻抗過渡擴展同軸功率分配/合成器

有效

• 申請號: 201710334761.4
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN106997982B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 蒲友雷;孫健健;吳澤威;蔣偉;王建勛;羅勇
• 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: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 張楊

本發明公開了一種Klopfenstein阻抗過渡擴展同軸功率分配/合成器，屬于微波技術領域。該結構包括：50歐姆標準同軸波導、同軸波導到擴展同軸波導過渡結構、擴展同軸波導段、λ/4長阻抗匹配段和沿徑向呈輻射狀分布的50歐姆標準同軸波導陣列。本發明基于Klopfenstein阻抗變化的同軸波導到擴展同軸波導過渡結構，實現同軸波導到擴展同軸波導的最佳匹配，大大提高整個功率分配合成器的工作帶寬；并且該結構具有很低的插入損耗、良好的散熱性能、緊湊的結構，輸入輸出均采用50歐姆標準同軸波導接口，便于微波毫米波系統應用。

技術領域

本發明屬于微波領域，具體涉及一種擴展同軸功率分配/合成器。

背景技術

微波固態功率放大器在軍事、商業通信系統中有著廣泛應用。隨著微波毫米波技術的發展，通信系統對固態放大器的輸出功率、帶寬和工作效率都提出了更高的要求，單片微波固態芯片的輸出功率已經難以滿足微波毫米波通信系統需求。通常的解決方案是利用微波毫米波功率合成技術，將多個固態模塊的輸出功率進行合成，以滿足大功率輸出的應用要求。

傳統平面電路功率分配合成技術通常采用微帶線，具有功率容量小、損耗大和散熱較困難等不足。且隨著分配、合成路數的增加，結構會變得復雜。金屬波導功率合成技術采用封閉的腔體結構，具有功率合成效率高、損耗小、功率容量大和易于散熱等特點，被廣泛應用于高功率合成中。但基于標準矩形波導和圓波導的功率合成結構，工作帶寬受限于波導尺寸，因此在微波頻率低端，上述結構的工作帶寬較窄。而擴展同軸功率分配合成結構，其工作模式為TEM模，可以實現寬的工作頻帶，解決了金屬波導帶寬在微波頻率低端受限的問題。而且隨著功率分配合成路數的增加，可以增加擴展同軸線的半徑，適合多路大功率合成應用。專利一種擴展同軸功率分配合成器及功率分配、合成方法(專利號CN103354301A，發明人寧月明、姜萬順等)采用了多級階梯式的過渡結構，實現輸出同軸波導到多路輸出同軸波導阻抗過渡，在輸出同軸探針陣列之間加入氮化鋁電阻薄膜，增加了各輸出端口的隔離度，有效地抑制了擴展同軸中的高次模式。但該結構功率分配合成器工作頻帶越寬，要求多級階梯式過渡結構的階數越多，使得功率分配合成器的過渡結構較長，增加了功率分配合成器的體積。文章“A General Impedance Tapered Transition for N-Way Conical and Coaxial Combiners”IEEE Trans.Microw.Theory Techn.,vol.64,no.12,pp.4482–4490,Dec.2016。作者R.D.Beyers and D.I.L.de Villiers提出了一種設計光滑阻抗漸變結構的方案，大大增加了功分分配合成器的工作帶寬。但是這種同軸波導到錐形波導再到同軸波導的過渡結構增加了設計的復雜度，特別是在要求整體結構具有較小的反射時，需要做很多段的圓弧線設計。

發明內容

為了解決上述幾種技術方案的不足，降低功率分配合成器的體積和設計復雜度，提高功率分配/合成器工作帶寬、效率和功率容量。本發明提出了一種Klopfenstein阻抗過渡擴展同軸功率分配/合成器。

本發明采用如下技術方案：

一種Klopfenstein阻抗過渡擴展同軸功率分配/合成器，包括：50歐姆標準同軸波導、同軸波導到擴展同軸波導過渡結構、擴展同軸波導段、λ/4長阻抗匹配段和沿徑向呈輻射狀分布的50歐姆標準同軸波導陣列。

所述50歐姆標準同軸波導一端與過渡結構連接，另一端與標準SMA接頭連接。50歐姆標準同軸波導內外導體半徑滿足TEM波單模傳輸條件即：λ＞3.456(a+b)，其中λ為波導工作波長，a、b分別為同軸波導內外導體半徑。為了滿足大功率輸出的要求，通常內外導體半徑在滿足單模傳輸的條件下取值盡量大。

所述同軸波導到擴展同軸波導過渡結構另一端與擴展同軸波導段連接。其阻抗變化滿足Klopfenstein漸變特性阻抗關系，以實現同軸波導到擴展同軸波導的寬帶匹配，Klopfenstein特性阻抗變化的自然對數為：