CN103956555B - 一种Ka频段小型化波导三路等功率分配合成器 - Google Patents

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一种Ka频段小型化波导三路等功率分配合成器，属于毫米波功率合成领域。本发明采用波导结构实现。它包括射频输入端口、射频调谐柱、射频输出端口，调谐柱将1：1功率的两路射频信号分成四路后功率比例为2：1：1：2，将中间两路比例为1的信号合成后，四路后功率比例为2：1：1：2的射频信号变成功率为2：2：2的三路信号，本发明解决了传统三路功率分配或合成网络的功分或合成环节分两级实现导致体积大的情况，该结构具有加工安装方便、体积小、插损极小、便于实现等优点，可以在实际应用中能够灵活控制功率分配/合成网络的路数，广泛应用于高功率合成放大器之中。

Description

一种Ka频段小型化波导三路等功率分配合成器
技术领域
本发明涉及一种Ka频段小型化波导三路等功率分配合成器，属于Ka频段大功率合成领域。
背景技术
国内外许多学者和研究机构对三路功率分配/合成器做了深入的研究。在微带平面电路方面，Jui-ChiehChiu在Ka频段利用五条微带耦合线实现了一种三路功分器，该功分器在30GHz插入损耗小于5.1dB，隔离度大于17dB。LinLi和KeWu在Ka频段低端利用扇型微带线实现了一种三路功率分配/合成器，该功分器在25GHz合成效率达到79.5％。
波导形式的功率分配/合成器以其损耗小等优点在毫米波频段而广泛使用。D.K.Panda和A.Chakraborty在波导中加入调谐孔，实现了一种等相位三路功分器，在9.8-10.6GHz范围内回波损耗小于-20dB，但带内平坦度稍差，带宽较窄。电子科技大学利用波导分支耦合器在Ka频段实现的三路等功率分配/合成器，在28-32GHz范围内回波损耗优于-20dB，幅度不平衡度小于0.5dB，相位不平衡度小于7度。但由于增加了隔离端口，需要加入匹配负载，使得体积偏大，加工要求较高。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提出一种Ka频段小型化波导三路等功率分配合成器，解决了传统三路功率分配/合成网络的功分/合成环节分两级实现导致体积大的情况。该结构加工安装方便、体积小、插损极小、便于实现，可以在实际应用中能够灵活控制功率分配/合成网络的路数，广泛应用于高功率合成放大器之中。
本发明的技术解决方案：一种Ka频段小型化波导三路等功率分配合成器，包括上半部分和下半部分，上半部分和下半部分的结构完全相同，材质均为黄铜，下半部分包括上表面(101)、下表面(102)、左侧表面(103)、右侧表面(104)、前表面(105)、后表面(106)，下半部分是长度为41mm、宽度为21mm×高度为4.8mm的长方体，下半部分的上表面(101)中心开有长度为29.4mm、宽度为9.4mm、深度为1.8mm的矩形槽，矩形槽(111)中心位置保留以矩形槽中心点为原点、直径为0.6mm的圆柱作为分配合成器的调谐柱，后表面(106)与矩形槽(111)之间开一个以上表面的长度的中心点连成的中心线为中心、宽度为5.8mm、深度与矩形槽(111)相同的第一凹槽(107)与矩形槽连通，前表面(105)与矩形槽(111)之间开一个以上表面的长度的中心点连成的中心线为中心、宽度为5.8mm、深度与矩形槽(111)相同的第二凹槽(108)与矩形槽连通，以上表面的长度的中心点连成的中心线两侧11.8mm的平行线为中心线各开一个前表面(105)与矩形槽(111)连通的第三凹槽(109)和第四凹槽(110)，第三凹槽(109)和第四凹槽(110)的宽度与第二凹槽(108)相同，上表面(101)的两侧未开槽处对称开多个固定孔，通过螺钉将上半部分和下半部分对合固定在一起，使上半部分和下半部分对合后的后表面形成一个尺寸为1.8mm×5.8mm的第一矩形孔，前表面形成尺寸均为1.8mm×5.8mm的第二矩形孔、第三矩形孔和第四矩形孔；
当作为三路等功率分配器时，第一矩形孔、第二矩形孔、第三矩形孔和第四矩形孔分别作为功率分配器的输入端口，第一输出端口、第二输出端口和第三输出端口，射频信号由输入端口进入，经过调谐柱调谐、展宽射频信号带宽，将射频信号等功率均分为三路信号分别从第一输出端口、第二输出端口和第三输出端口输出；当作为三路等功率合成器时，第一矩形孔、第二矩形孔、第三矩形孔和第四矩形孔分别作为分配合成器的输出端口，第一输入端口、第二输入端口和第三输入端口，三路射频信号由第一输入端口、第二输入端口和第三输入端口分别进入，经过调谐柱调谐、展宽射频信号带宽，将三路射频信号等功率合成从输出端口输出。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明与现有功率分配/合成器相比采用波导实现，插入损耗极小，可以大幅提高功率合成效率，提高功放的输出功率。
(2)本发明核心采用调谐柱实现三路等功率分配，因此波导结构体积小，可以极大的减小功放的体积，实现小型化。
(3)本发明波导结构加工简单，因此结构鲁棒性强、可靠性高。
(4)本发明工作频带较宽，且等功率分配的三路福相一致性好。
附图说明
图1为本发明的三路等功率分配合成器的从下往上看的立体图；
图2为本发明的三路等功率分配合成器的从上往下看的立体图；
图3为本发明的三路等功率分配合成器的下半部分示意图；
图4为本发明的三路等功率分配合成器的下半部分示意图；
图5为本发明的三路等功率分配合成器的功率分配原理图；
图6为本发明的三路等功率分配合成器的结构示意图；
图7为本发明作为分配器的结构示意图。
具体实施方式
本发明的基本思路为：根据Ka频段毫米波工作特点，巧妙采用特殊结构，尽可能采用最小体积实现三路等功率分配合成器，其中用于调谐功能的特殊结构采用特定直径、特定位置的圆柱体实现，在展宽功率分配/合成器的工作带宽的同时，保证等功率三路输出端口的福相一致性。从而减小三路等功率分配/合成器的插入损耗，提高功率分配/合成效率。
一种Ka频段小型化波导三路等功率分配合成器，其特征在于：包括上半部分，如图4所示和下半部分，整体外形如图1、图2所示。上半部分和下半部分的结构完全相同，如图3所示，材质均为黄铜。下半部分包括上表面101、下表面102、左侧表面103、右侧表面104、前表面105、后表面106，下半部分是长度为41mm、宽度为21mm×高度为4.8mm的长方体，下半部分的上表面101中心开有长度为29.4mm、宽度为9.4mm、深度为1.8mm的矩形槽，矩形槽111中心位置保留以矩形槽中心点为原点、直径为0.6mm的圆柱作为分配合成器的调谐柱，调谐柱的工作原理如图5所示为将1：1功率的两路射频信号分成四路后功率比例为2：1：1：2，将中间两路比例为1的信号合成后，四路后功率比例为2：1：1：2的射频信号变成功率为2：2：2的三路信号。后表面106与矩形槽111之间开一个以上表面的长度的中心点连成的中心线为中心、宽度为5.8mm、深度与矩形槽111相同的第一凹槽107与矩形槽连通，前表面105与矩形槽111之间开一个以上表面的长度的中心点连成的中心线为中心、宽度为5.8mm、深度与矩形槽111相同的第二凹槽108与矩形槽连通，以上表面的长度的中心点连成的中心线两侧11.8mm的平行线为中心线各开一个前表面105与矩形槽111连通的第三凹槽109和第四凹槽110，第三凹槽109和第四凹槽110的宽度与第二凹槽108相同，上表面101的两侧未开槽处对称开多个固定孔，通过螺钉将上半部分和下半部分对合固定在一起，使上半部分和下半部分对合后的后表面形成一个尺寸为1.8mm×5.8mm的第一矩形孔，前表面形成尺寸均为1.8mm×5.8mm的第二矩形孔、第三矩形孔和第四矩形孔；
如图7所示为本发明作为分配器的结构示意图，包括射频输入单元100，射频调谐单元200，射频分配单元300，射频输出单元400，射频调谐单元200包括一个调谐柱。
当作为三路等功率分配器时，第一矩形孔、第二矩形孔、第三矩形孔和第四矩形孔分别作为分配合成器的输入端口，第一输出端口、第二输出端口和第三输出端口，射频信号由输入端口进入，经过调谐柱调谐、展宽射频信号带宽，电路分配原理如图6所示，将射频信号等功率均分为三路信号分别从第一输出端口、第二输出端口和第三输出端口输出；当作为三路等功率合成器时，第一矩形孔、第二矩形孔、第三矩形孔和第四矩形孔分别作为分配合成器的输出端口，第一输入端口、第二输入端口和第三输入端口，三路射频信号由第一输入端口、第二输入端口和第三输入端口分别进入，经过调谐柱调谐、展宽射频信号带宽，将三路射频信号等功率合成从输出端口输出。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

Claims (1)

1.一种Ka频段小型化波导三路等功率合成/分配器，其特征在于：包括上半部分和下半部分，上半部分和下半部分的结构完全相同，材质均为黄铜，下半部分包括上表面(101)、下表面(102)、左侧表面(103)、右侧表面(104)、前表面(105)、后表面(106)，下半部分是长度为41mm、宽度为21mm、高度为4.8mm的长方体，下半部分的上表面(101)中心开有长度为29.4mm、宽度为9.4mm、深度为1.8mm的矩形槽，矩形槽(111)中心位置保留以矩形槽中心点为原点、直径为0.6mm的圆柱作为功率合成/分配器的调谐柱，后表面(106)与矩形槽(111)之间开第一凹槽(107)，该第一凹槽(107)以上表面的长度的中心点连成的中心线为中心、宽度为5.8mm、深度与矩形槽(111)相同，且与矩形槽(111)连通；前表面(105)与矩形槽(111)之间开第二凹槽(108)，该第二凹槽(108)以上表面的长度的中心点连成的中心线为中心、宽度为5.8mm、深度与矩形槽(111)相同，且该第二凹槽(108)与矩形槽(111)连通，以距离上表面的长度的中心点连成的中心线两侧11.8mm的平行线为中心各开有一个前表面(105)与矩形槽(111)连通的第三凹槽(109)和第四凹槽(110)，第三凹槽(109)和第四凹槽(110)的宽度与第二凹槽(108)相同，上表面(101)的两侧未开槽处对称开多个固定孔，通过螺钉将上半部分和下半部分对合固定在一起，使上半部分和下半部分对合后的后表面形成一个尺寸为1.8mm×5.8mm的第一矩形孔，前表面形成尺寸均为1.8mm×5.8mm的第二矩形孔、第三矩形孔和第四矩形孔；
当作为三路等功率分配器时，第一矩形孔、第二矩形孔、第三矩形孔和第四矩形孔分别作为功率分配器的输入端口，第一输出端口、第二输出端口和第三输出端口，射频信号由输入端口进入，经过调谐柱调谐、展宽射频信号带宽，将射频信号等功率均分为三路信号分别从第一输出端口、第二输出端口和第三输出端口输出；当作为三路等功率合成器时，第一矩形孔、第二矩形孔、第三矩形孔和第四矩形孔分别作为功率合成/分配器的输出端口，第一输入端口、第二输入端口和第三输入端口，三路射频信号由第一输入端口、第二输入端口和第三输入端口分别进入，经过调谐柱调谐、展宽射频信号带宽，将三路射频信号等功率合成从输出端口输出。
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