CN103367854B - 一种波导功率分配合成器及功率分配、合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种波导功率分配合成器，包括：第一端口、第二端口和第三端口，第一端口到第二端口之间的传输路径和第一端口到第三端口之间的传输路径对称，依次为矩形波导1、渐变单脊波导2、单面双脊波导4、两路脊波导5、渐变脊波导6和矩形波导7，所述单面双脊波导4中对称装有调配柱3。本发明有效的提高波导功率分配合成器的效率，提高基于该合成器设计的大功率放大器的稳定性，同时扩展基于波导的功率分配合成器的路数。
Description
技术领域
本发明涉及微波领域，特别涉及一种波导功率分配合成器，还涉及一种功率分配方法，和一种功率合成方法。
背景技术
随着微波毫米波技术在雷达、制导及通信等领域的广泛应用，对毫米波信号源的带宽、输出功率及指标都提出了越来越高的要求。微波毫米波固态功放芯片虽然具有尺寸小、重量轻、可靠性高及电路结构紧凑等优点，但由于目前单个固态器件的输出功率受自身半导体物理特性的影响以及散热、加工工艺、阻抗匹配等问题的限制而远远达不到实际工程中要求的输出功率，因而无法满足微波毫米波大功率通信系统的要求。因此，在单个器件输出功率有限的情况下，采用多个固态器件的功率合成技术是提高系统输出功率的有效方法。
功率分配合成器主要分为平面和空间两种形式，即平面电路合成器和基于波导的空间功率合成器，随着频率的升高，平面电路功率分配合成器插入损耗比较大，因此不适用于毫米波频段。鉴于在毫米波频段中金属波导是毫米波系统以及毫米波模块间连接的主要传输线，且因金属波导具有较低损耗、单模传输和高功率容量等特性，因此采用微波单片集成功率器件作为合成功率放大单元，实现的基于波导结构的毫米波功率合成技术成为了当前毫米波固态功率合成技术的重要方向。
目前空间功率分配合成技术主要采用波导内叠片方式，通过放置于每层叠片上的有源鳍线阵列实现功率的放大，功率的分配和合成借助于有源鳍线阵列在波导内实现。这种结构的优点是结构紧凑，但是其最大的缺点是在毫米波频段由于波导内空间非常狭小，叠层的数量非常有限，因此，该结构无法在频率较高的毫米波频段实现多路功率分配与合成。为实现多路功率分配合成，一般采用同轴-径向波导功分/合成方案，电磁波首先由同轴进入宽带径向波导，然后由径向波导进入矩形波导，完成功率分配，进入矩形波导的每一路信号通过矩形波导-微带探针阵列转换结构进入微带平面电路，进而完成了多路功率分配合成，但这种结构采用了同轴作为多路功率分配与合成的传输媒介，随着工作频率进入到40GHz乃至更高频段，采用同轴作为传输线，损耗较大，将严重影响合成器的合成效率。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种高隔离度且功率分配比例可调的波导功率分配合成器、一种功率分配方法和一种功率合成方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种波导功率分配合成器，包括：第一端口、第二端口和第三端口，第一端口到第二端口之间的传输路径和第一端口到第三端口之间的传输路径对称，依次为矩形波导1、渐变单脊波导2、单面双脊波导4、两路脊波导5、渐变脊波导6和矩形波导7，所述单面双脊波导4中对称装有调配柱3。
可选地，所述波导为金属波导。
本发明还提供了一种功率分配方法，适用于上述的波导功率分配合成器，电磁波首先由第一端口的矩形波导1输入，然后进入渐变单脊波导2，再进入装有调配柱3的单面双脊波导4，在单面双脊波导的引导和调配柱的阻抗调配作用下，分成两路信号进入两路脊波导5，然后再通过渐变脊波导6到达输出端的矩形波导7，从第二端口和第三端口输出。
可选地，通过改变两个调配柱的半径、在单面双脊波导中的位置及插入单面双脊波导的深度，实现单面双脊波导内能量的分配比例。
本发明还提供了一种功率合成方法，适用于上述的波导功率分配合成器，电磁波首先由第二端口和第三端口的矩形波导7输入，然后进入渐变脊波导6，再进入两路脊波导5，然后进入装有调配柱3的单面双脊波导4，在单面双脊波导的引导和调配柱的阻抗调配作用下，进入渐变单脊波导2，到达第一端口的矩形波导1，从第一端口输出。
本发明的有益效果是：
(1)工作频带宽：由于该结构具有全端口的阻抗匹配特性，因此该方案可实现波导全带宽覆盖，同时使用频率可扩展到170GHz；
(2)高隔离度：通过改变渐变脊波导及单面双脊波导中的金属脊的设计尺寸，可有效提高两个功率分配支路之间的隔离度，从而提高功率分配及合成的稳定性；
(3)功率分配或合成的比例可调：该结构可以根据功率分配比例的不同需要，通过改变两个调配柱的半径、在双脊波导中的位置及插入双脊波导的深度，以实现单面双脊波导内能量的分配比例，从而可以提高基于该结构所设计的毫米波合成放大器使用的灵活性；
(4)低通路损耗：由于功率分配和合成过程均在低损耗的波导内完成，因此，大大降低了微波毫米波能量的传输损耗；
(5)结构紧凑：本发明将波导功率分配/合成与能量分配比例可调结构集成于一体，整个结构小巧轻便，具有很强的工程实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的波导功率分配合成器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种波导功率分配合成器，包括：第一端口10、第二端口20和第三端口30，第端口10到第二端口20之间的传输路径和第一端口10到第三端口30之间的传输路径对称，依次为矩形波导1、渐变单脊波导2、单面双脊波导4、两路脊波导5、渐变脊波导6和矩形波导7，所述单面双脊波导4中对称装有调配柱3。
本发明还提供了一种功率分配方法，适用于图1所示的波导功率分配合成器，电磁波首先由第一端口的矩形波导1输入，然后进入渐变单脊波导2，再进入装有调配柱3的单面双脊波导4，在单面双脊波导的引导和调配柱的阻抗调配作用下，分成两路信号进入两路脊波导5，然后再通过渐变脊波导6到达输出端的矩形波导7，从第二端口和第三端口输出。
上述功率分配方法中，通过改变两个调配柱的半径、在单面双脊波导中的位置及插入单面双脊波导的深度，实现单面双脊波导内能量的分配比例。
本发明还提供了一种功率合成方法，适用于图1中所示的波导功率分配合成器，电磁波首先由第二端口和第三端口的矩形波导7输入，然后进入渐变脊波导6，再进入两路脊波导5，然后进入装有调配柱3的单面双脊波导4，在单面双脊波导的引导和调配柱的阻抗调配作用下，进入渐变单脊波导2，到达第一端口的矩形波导1，从第一端口输出。
通过合理设计渐变脊波导2及单面双脊波导4中脊的尺寸，即可实现功率的等比例分配，同时也可实现三个波导口的宽频带端口匹配与两路分支波导的端口间高隔离度，进而提高基于该结构实现的合成器的合成效率。
本发明的波导功率分配合成器，外加了两个金属阻抗调配柱3，其作用除了可用于改善波导各端口的驻波外，同时，也可以根据功分比例的不同需要，通过改变两个调配柱的半径、在双脊波导中的位置及插入双脊波导的深度，以实现单面双脊波导内能量的分配比例。
本发明的波导功率分配合成器，采用了金属波导结构，因而大大降低了功率分配与合成中的能量损耗，提高了合成效率。
除此之外，渐变脊波导2中的脊的渐变曲线方程根据最小反射理论及传输线模型最优化设计，采用了多渐变函数拟合设计方程，通过合理的选择渐变函数的形式及函数中的参量，将可在宽带范围实现低插入损耗和高端口匹配。
本发明的波导功率分配合成器具有以下优点：
(1)工作频带宽：由于该结构具有全端口的阻抗匹配特性，因此该方案可实现波导全带宽覆盖，同时使用频率可扩展到170GHz；
(2)高隔离度：通过改变渐变脊波导及单面双脊波导中的金属脊的设计尺寸，可有效提高两个功率分配支路之间的隔离度，从而提高功率分配及合成的稳定性；
(3)功率分配或合成的比例可调：该结构可以根据功率分配比例的不同需要，通过改变两个调配柱的半径、在双脊波导中的位置及插入双脊波导的深度，以实现单面双脊波导内能量的分配比例，从而可以提高基于该结构所设计的毫米波合成放大器使用的灵活性；
(4)低通路损耗：由于功率分配和合成过程均在低损耗的波导内完成，因此，大大降低了微波毫米波能量的传输损耗；
(5)结构紧凑：本发明将波导功率分配/合成与能量分配比例可调结构集成于一体，整个结构小巧轻便，具有很强的工程实用性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种波导功率分配合成器，其特征在于，包括：第一端口(10)、第二端口(20)和第三端口(30)，第一端口到第二端口之间的传输路径和第一端口到第三端口之间的传输路径对称，依次为矩形波导(1)、渐变单脊波导(2)、单面双脊波导(4)、两路脊波导(5)、渐变脊波导(6)和矩形波导(7)，所述单面双脊波导(4)中对称装有调配柱(3)；
所述波导为金属波导。
2.一种功率分配方法，适用于权利要求1所述的波导功率分配合成器，其特征在于，电磁波首先由第一端口的矩形波导(1)输入，然后进入渐变单脊波导(2)，再进入装有调配柱(3)的单面双脊波导(4)，在单面双脊波导的引导和调配柱的阻抗调配作用下，分成两路信号进入两路脊波导(5)，然后再通过渐变脊波导(6)到达输出端的矩形波导(7)，从第二端口和第三端口输出。
3.如权利要求2所述的功率分配方法，其特征在于，通过改变两个调配柱的半径、在单面双脊波导中的位置及插入单面双脊波导的深度，实现单面双脊波导内能量的分配比例。
4.一种功率合成方法，适用于权利要求1所述的波导功率分配合成器，其特征在于，电磁波首先由第二端口和第三端口的矩形波导(7)输入，然后进入渐变脊波导(6)，再进入两路脊波导(5)，然后进入装有调配柱(3)的单面双脊波导(4)，在单面双脊波导的引导和调配柱的阻抗调配作用下，进入渐变单脊波导(2)，到达第一端口的矩形波导(1)，从第一端口输出。
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202474172U (zh) * | 2012-01-19 | 2012-10-03 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | 毫米波功率合成网络 |
Family Cites Families (5)
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|---|---|---|---|---|
| US4642586A (en) * | 1984-04-20 | 1987-02-10 | Adams-Russell | Low SWR high power multiple waveguide junction |
| US4599584A (en) * | 1984-10-26 | 1986-07-08 | Motorola, Inc. | Power divider/combiner apparatus comprising a fan shaped waveguide |
| US5153538A (en) * | 1991-06-13 | 1992-10-06 | Motorola, Inc. | Microwave edge guide mode signal splitter and combiner |
| US20060176124A1 (en) * | 2005-02-10 | 2006-08-10 | Mansour Raafat R | MEMS based RF components and a method of construction thereof |
| CN202256758U (zh) * | 2011-07-05 | 2012-05-30 | 上海圭光科技有限公司 | 脊波导耦合的y型分支器和由其构成的1×n分支器 |
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Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN202474172U (zh) * | 2012-01-19 | 2012-10-03 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | 毫米波功率合成网络 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Compact Four-Port Rectangular Waveguide Swithches Based on Simple Short Circuit Loads;Jorge A. Ruiz-Cruz等;《Microwave Symposium Digest (MTT), 2011 IEEE MTT-S International 》;20110610;第1-4页及图2-7 * |
| Silicon Micromachined W-Band Hybrid Coupler and Power Divider Using DRIE Technique;Y. Li等;《IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS》;20080104;第18卷(第1期);全文 * |
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