[發(fā)明專利]一種Ka波段同軸波導內空間功率分配/合成器

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• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107134622A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發(fā)明（設計）人: 褚慶昕;何殷健
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01P5/12
• 分類號: H01P5/12
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 馮炳輝

技術領域

本發(fā)明涉及微波頻段空間功率合成的技術領域，尤其是指一種Ka波段同軸波導內空間功率分配/合成器。

背景技術

在微波通信系統(tǒng)中，發(fā)射機功率的大小決定了整個系統(tǒng)的作用距離和抗干擾能力，高功率放大器是發(fā)射機中必不可少的關鍵部分。由于單個半導體固態(tài)器件在微波頻段尺寸減小、功率容量下降，其輸出功率已經難以滿足無線通信電子系統(tǒng)的需求，因此人們采用功率合成網絡的方法獲得大功率的信號輸出。

功率合成技術的關鍵是實現(xiàn)多路數(shù)、低損耗、寬頻帶、高隔離度、高平衡性的功率分配/合成網絡。徑向功率分配/合成器由于其能一次實現(xiàn)多路功率等幅同相分配，因而一直是人們研究的熱點。另外，在相同的合成路數(shù)下，徑向合成放大器相對于二進制結構損耗更少，效率更高。而同軸波導內空間功率合成器合成路數(shù)呈徑向分布，能直接在同軸波導內實現(xiàn)功率的合成，相對于一般徑向功率合成器具有更緊湊，效率更高的特點。

2008年，Dirk I.L.de Villiers等人在TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES上發(fā)表了題為“Design of Conical Transmission Line Power Combiners Using Tapered Line Matching Sections”的文章，該結構采用同軸SMA連接頭進行信號的輸入和輸出，其徑向波導呈圓錐形狀，能有效大大增加工作帶寬。該結構在X波段能達到47％相對帶寬，但輸出端口的匹配和隔離較差，且該結構存在加工的復雜性，若要將該結構應用于毫米波段講存在較大困難。

在2009年，宋開軍等人在TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES上發(fā)表了題為“Planar Probe Coaxial-Waveguide Power Combiner/Divider”的文章，其使用同軸SMA連接頭輸入信號，信號經過擴展同軸波導傳輸準TEM模，最后經波導-微帶線轉換輸出。該結構優(yōu)點在于設計簡單，整體緊湊；其缺點是該結構屬于諧振型結構，輸出端口沒有加入隔離電阻，端口的隔離和匹配比較差，另外，隨著頻段變高，微帶結構損耗會越來越大。

在2002年，Pengcheng Jia等人在TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES上發(fā)表了題為“Multioctave Spatial Power Combining in Oversized Coaxial Waveguide”的文章，該結構特點為在擴展同軸波導內放置32路鰭線陣列，實現(xiàn)多路空間功率的分配/合成。空間功率合成結構帶寬寬，結構緊湊，是功率合成技術研究的重點之一。

目前，由于毫米波衛(wèi)星通信得到快速發(fā)展，工作于Ka波段的功率合成放大器得到廣泛研究，一種尺寸緊湊的空間功率分配/合成器具有重大的研究價值。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種Ka波段同軸波導內空間功率分配/合成器，具有較寬的工作頻帶、低插損，尺寸緊湊、結構容易實現(xiàn)的特點。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術方案為：一種Ka波段同軸波導內空間功率分配/合成器，包括用于饋電的矩形波導-同軸波導TEM模模式轉換器、輸入同軸波導以及置于該輸入同軸波導內的由十六片或以上漸變槽線天線組成的陣列，所述矩形波導-同軸波導TEM模模式轉換器由依次相連的輸入矩形波導、基于H-T分支功率分配器的一分四路功率分配網絡、模式轉換段、圓波導-同軸波導過渡段、輸出同軸波導組成，其中，所述矩形波導-同軸波導TEM模模式轉換器的輸出同軸波導與輸入同軸波導相連，所述輸入同軸波導用于同軸波導信號的輸入，該輸入同軸波導內的漸變槽線天線組成的陣列連接微帶，用于耦合同軸波導內信號，最終通過微帶輸出。

所述一分四路功率分配網絡包括兩級H-T分支功率分配器，其中第一級H-T分支功率分配器的兩路輸出端經過兩個E面90°拐角與第二級H-T分支功率分配器相連。

所述漸變槽線天線為采用雙面覆銅介質板制作的平面寬帶天線。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點與有益效果：

1、本發(fā)明提出一種在Ka波段工作的同軸波導內空間功率分配/合成器，相比于傳統(tǒng)二進制結構、行波結構、徑向結構的功率分配/合成器，本發(fā)明具有結構更緊湊、合成效率更高的特性。