CN105098310A - 一种径向波导功率合成器及其组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种径向波导功率合成器及其组装方法，该径向波导功率合成器通过探针将波导输入口中的微波传导至径向波导，再利用径向波导特性将微波均匀地分布到每一路。探针采用的是插入式的固定方法，即探针的上端设计第一定位销插入上盖板的第一定位孔中，下端设计第二定位销插入下盖板的第二定位孔中。这样设计既能保证整体的结构稳定性，又能准确定位，减小安装误差，使得指标更精准。与现有的合成器相比，结构更简单稳定易实现、频带更宽、插损更小，更适用于微波毫米波功率合成应用领域。

Description

一种径向波导功率合成器及其组装方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种径向波导功率合成器及其组装方法。

背景技术

近年来，随着通信行业的迅速发展，对通信系统的带宽、传输速率以及传输距离的要求越来越高。功率放大器作为通信系统的重要组成部分，对其带宽、效率以及输出功率的要求也与日俱增。然而，由于受毫米波固态器件自身半导体物理特性的影响以及加工工艺等诸方面的限制，目前还难以生产出大功率、低噪声和低价格的毫米波固态功率器件。毫米波固态功率合成技术的研究成为解决这一难题的主要途径，有着广泛的应用价值。

目前，应用最多的功率合成技术是电路合成和空间功率合成。对于功率合成在毫米波雷达固态功率发射中的应用，电路合成由于传输线损耗以及电路结构随器件数量增加成非线性增长，其能够合成的固态器件数受到限制，不能满足毫米波雷达的发射功率要求。空间功率合成最大的优点是合成效率基本与固态器件数量无关，更适合多器件的大功率输出，但同样不能够满足毫米波雷达的发射功率要求，无法有效地解决在高频段实现高功率输出的难题。

基于波导的空间功率合成技术具有系统合成效率较高，带宽性能较好，有效地防止了辐射损耗，具有良好的散热性能，易于小型化，结构简单易实现等优点。同时，它可以不受工作频率及波导尺寸的限制，工作于微波、毫米波以及更高的亚毫米波频段，有效地解决了在更高频段实现高功率输出的难题。因而，基于波导的功率合成技术有希望成为微波毫米波空间功率合成技术的一个研究热点；这项技术将有力地推动大功率、宽带微波毫米波功放的研制，使微波毫米波系统向全固态方向发展。

发明内容

本发明提供的一种径向波导功率合成器及其组装方法，能够有效地解决在高频波段实现高功率输出的难题，且具有较宽的工作频带，低插损，结构简单易实现的特点。

一方面，本发明实施例提供一种径向波导功率合成器，所述径向波导功率合成器包括：一上盖板、一下盖板、一腔体块、一探针；所述上盖板、下盖板、腔体块和探针均为金属材质；

所述上盖板安装在所述腔体块的上半面内，所述下盖板固定于所述腔体块的下半面；

所述上盖板上设置有波导输入口，所述腔体块的下半面设置有径向对称的若干路径向波导，每路径向波导输出口设置在所述腔体块的侧面；

所述探针穿过所述腔体块，所述探针的一端与所述上盖板紧密相接，所述探针的另一端与所述下盖板紧密相接；微波由所述波导输入口馈入，通过所述探针耦合到每路径向波导中。

可选地，所述腔体块的上半面挖有矩形的第一凹槽，该第一凹槽与所述上盖板的外围尺寸一致；

所述上盖板通过螺栓安装在所述第一凹槽内。

可选地，所述第一凹槽的底端挖有矩形的第二凹槽，所述第二凹槽的上边沿处设置有一阶梯；

所述第二凹槽的底端挖有一波导通道，所述波导通道从所述第二凹槽的底部贯穿到所述腔体块的下半面，所述探针通过所述波导通道插入所述腔体块。

可选地，所述探针两端是第一探针块和第二探针块，在所述第一探针块与所述第二探针块之间是第三探针块；

在所述第一探针块的外侧设置有圆柱形的第一定位销，所述第一定位销的半径小于所述第一探针块的半径；

在所述第二探针块的外侧设置有圆柱形的第二定位销，所述第二定位销的半径小于所述第二探针块的半径。

可选地，所述上盖板靠近所述腔体块的一面设置有第一定位孔，所述探针的第一定位销与所述上盖板上的第一定位孔同半径；所述下盖板靠近所述腔体块的一面设置有第二定位孔，所述探针的第二定位销与所述下盖板上的第二定位孔同半径；

所述探针的第一定位销插入第一定位孔中，所述探针的第二定位销插入所述第二定位孔中，所述探针的第三探针块穿过所述波导通道。

可选地，所述第一定位孔、所述波导通道和所述第二定位孔的中心轴重合，所述第三探针块与所述波导通道构成同轴结构。

可选地，所述上盖板的波导输入口的上边沿与所述腔体块上第二凹槽的上边沿处的阶梯对齐。

可选地，所述上盖板的波导输入口四周设置有通孔，用以螺栓固定所述上盖板与所述腔体块；

所述下盖板上设置有成排通孔，用以螺栓固定所述下盖板与所述腔体块。

可选地，所述腔体块是正十二边形的金属块，所述腔体块的下半面是十二路的径向波导，每路径向波导输出口与正十二边形端面相平行。

另一方面，本发明实施例提供一种组装上述径向波导功率合成器的方法，包括：

将所述上盖板插入所述腔体块的第一凹槽内，并保证所述上盖板上的波导输入口的上边沿与所述腔体块上第二凹槽的上边沿处的阶梯对齐，然后用螺栓紧固所述上盖板；

将装有上盖板的所述腔体块倒置，将所述探针的第一定位销从腔体块的底部插入，经过所述波导通道插入所述上盖板的第一定位孔内；

将装有所述探针以及所述上盖板的腔体块倒置，再将所述下盖板固定于所述腔体块的下半面，并保证所述探针的第二定位销插入所述下盖板的第二定位孔内，然后用螺栓紧固所述下盖板。

本发明实施例的有益效果是：该径向波导功率合成器包括：一上盖板、一下盖板、一腔体块、一探针，探针穿过腔体块，探针的一端与上盖板紧密相接，探针的另一端与下盖板紧密相接；微波由上盖板上设置的波导输入口馈入，通过探针将波导输入口中的微波传导至径向波导，再利用径向波导特性将微波均匀地分布到每一路，从而能够有效地解决了在高频波段实现高功率输出的难题，并且与现有的径向波导功率合成器相比，结构更简单稳定易实现、频带更宽、插损更小，更适用于微波毫米波功率合成应用领域。

优选方案中，探针采用的是插入式的固定方法，即探针的上端设计第一定位销插入上盖板的第一定位孔中，下端设计第二定位销插入下盖板的第二定位孔中。这样设计既能保证整体的结构稳定性，又能准确定位，减小安装误差，使得指标更精准。

附图说明

图1为本发明实施例提供的径向波导功率合成器示意图；

图2为本发明实施例提供的上盖板示意图；

图3为本发明实施例提供的腔体块的上半面的示意图；

图4为本发明实施例提供的腔体块的下半面的示意图；

图5为本发明实施例提供的下盖板示意图；

图6为本发明实施例提供的探针示意图；

图7为本发明实施例提供的上盖板装配到腔体块内的示意图；

图8为本发明实施例提供的探针装配到腔体块内的示意图；

图9为本发明实施例提供的下盖板装配到腔体块的示意图；

图10为本发明实施例提供的径向波导功率合成器组装方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1为本发明实施例提供的径向波导功率合成器示意图，图2为本发明实施例提供的上盖板示意图，图3为本发明实施例提供的腔体块的上半面的示意图，图4为本发明实施例提供的腔体块的下半面的示意图，图5为本发明实施例提供的下盖板示意图，图6为本发明实施例提供的探针示意图，图7为本发明实施例提供的上盖板装配到腔体块内的示意图，图8为本发明实施例提供的探针装配到腔体块内的示意图，图9为本发明实施例提供的下盖板装配到腔体块的示意图。

如图1～9所示，该径向波导功率合成器包括：一上盖板1、一下盖板2、一腔体块3、一探针4。上盖板1、一下盖板2、一腔体块3、一探针4均为金属材质，优选地，上盖板1、一下盖板2和一腔体块3采用铝镀银材料，探针4采用钢镀银材料。

优选地，上盖板1是厚5mm的金属块。优选地，所述上盖板上设置有波导输入口11，该波导输入口用以微波输入。优选地，波导输入口11的长宽尺寸为5.69mm*2.845mm，波导输入口11中心位置距离上盖板1上端16.3mm,距离上盖板1下端15mm。在波导输入口11的四周设置了四个圆柱形螺纹孔13，尺寸为M2.5，用以固定上盖板1。螺纹孔的位置和个数可以根据实际情况进行调整。在波导输入口11的下方设有第一定位孔12，用以固定探针4以及确定探针4的准确位置。优选地，第一定位孔12直径为2.6mm。

优选地，腔体块3是厚22mm的正十二边形金属块。腔体块3的上半面挖有矩形的第一凹槽33，第一凹槽33与所述上盖板的外围尺寸一致，优选地，具体长宽高尺寸为34mm*30mm*5mm，保证上盖板1能够正好嵌入。将上盖板1插入第一凹槽33中，将螺钉插入螺纹孔13并旋紧，保证上盖板1的底面与第一凹槽33紧密贴紧，二者之间的缝隙尽量小。

第一凹槽33的底端挖有矩形的第二凹槽34，优选地，其长宽高尺寸为15mm*5.69mm*2.845mm，将上盖板1嵌入第一矩形凹槽33中之后，第二凹槽34是微波的传播通道。优选地，第二凹槽34的下边沿与第一矩形凹槽的下边沿距离为4mm，左右对称。第二凹槽34的上边沿处设有一阶梯35，优选地，阶梯长宽高尺寸为5.69mm*1.35mm*1.5mm。上盖板1嵌入第一凹槽33时，波导输入口11与阶梯35对齐，阶梯35的作用是减小微波从波导输入口11传输到第二凹槽34时的损耗。第二凹槽34的底端挖有一波导通道36，所述波导通道36从所述第二凹槽34的底部贯穿到所述腔体块3的下半面，所述探针4能够通过所述波导通道36插入所述腔体块3，探针4与波导通道36构成同轴结构，将第二凹槽34内的微波耦合到径向波导中。优选地，波导通道36的直径是2.84mm。在所述第一凹槽33中所述第二凹槽34内的四周设置有圆柱形螺纹孔37，螺纹孔的位置和个数可以根据实际情况进行调整，并与所述上盖板1中的螺纹孔13一一对应，用以将上盖板1固定在第一凹槽33中。

所述腔体块3的下半面设置有径向对称的若干路径向波导31，每路径向波导输出口32设置在所述腔体块3的侧面。在本发明实施例中，所述腔体块3的下半面有十二路的径向波导，每路径向波导相隔30°，长宽深分别是35mm*5.69mm*2.845mm，每路径向波导输出口32与正十二边形端面相平行，径向波导输出口32长宽尺寸为5.69mm*2.845mm。在腔体块十二路径向波导的间隔处还设置有若干螺纹孔38，螺纹孔尺寸为M2.5，用以固定下盖板2与腔体块3。在所述腔体块3的侧面还设置有若干螺纹孔39，用以固定输出波导。

优选地，所述下盖板2是厚5mm的正十二边形金属块(如图5所示)。侧边设置有若干螺纹孔23，螺纹孔尺寸为M2，用以固定输出波导。下盖板2上还设置有若干成排的螺纹孔22，螺纹孔尺寸为M2.5，与腔体块3上的螺纹孔38一一对应，用以固定下盖板2与腔体块3。优选地，两排螺纹孔22的圆心与下盖板2中心的距离分别是20mm和27mm。在下盖板2的中心位置设有第二定位孔21，用以固定探针4以及确定探针4的准确位置。优选地，第二定位孔21的直径为2.6mm。

探针4的两端是第一探针块41和第二探针块42，在所述第一探针块41与所述第二探针块42之间是第三探针块43。在所述第一探针块41的外侧设置有圆柱形的第一定位销44，所述第一定位销44的半径小于所述第一探针块41的半径。在所述第二探针块42的外侧设置有圆柱形的第二定位销45，所述第二定位销45的半径小于所述第二探针块42的半径。优选地，第一探针块41直径2.8mm、高度1.22mm，第二探针块42直径3mm、高度1.25mm，第三探针43的直径1mm、高度14.53mm，第一定位销44和第二定位销的直径2.6mm、高度2mm。

由于所述上盖板1靠近所述腔体块3的一面设置有第一定位孔12，所述探针4的第一定位销44与所述上盖板1上的第一定位孔12同半径，所述下盖2靠近所述腔体块3的一面设置有第二定位孔21，所述探针4的第二定位销45与所述下盖板2上的第二定位孔21同半径。安装时，将所述探针4的第一定位销44插入第一定位孔12中，所述探针4的第二定位销45插入所述第二定位孔21中，所述探针4的第三探针块43穿过所述波导通道36，所述第一定位孔12的中心轴、波导通道36的中心轴以及第二定位孔21的中心轴重合，保证第三探针块43处在波导通道36的正中央，第三探针块43和波导通道36构成同轴结构，微波由所述波导输入口11馈入，通过所述探针4将第二凹槽34内的微波耦合到每路径向波导31中。

需要说明的是，本发明实施例中各部件的尺寸适于Q波段微波的传输，即本发明实施例的径向波导功率合成器为Q波段径向波导功率合成器。适当改变各部件的尺寸可以传输其他波段的微波。

综上所述，所述上盖板1安装在所述腔体块3的上半面内，所述下盖板2固定于所述腔体块3的下半面。所述上盖板1上设置有波导输入口11，所述腔体块3的下半面设置有径向对称的若干路径向波导31，每路径向波导输出口32设置在所述腔体块3的侧面。所述探针4穿过所述腔体块3，所述探针4的一端与所述上盖板1上的第一定位孔12紧密相接，所述探针4的另一端与所述下盖板2上的第二定位孔21紧密相接。这样设计既能保证整体的结构稳定性，又能准确定位，减小安装误差，指标更精准。

本发明实施例还提供一种组装上述径向波导功率合成器的方法，图10为本发明实施例提供的径向波导功率合成器组装方法流程图，如图10所示，该方法包括：

1001：将所述上盖插入所述腔体块的第一凹槽内，并保证所述上盖板上的波导输入口的上边沿与所述腔体块上第二凹槽的上边沿处的阶梯对齐，然后用螺栓紧固所述上盖板；

1002：将装有上盖板的所述腔体块倒置，将所述探针的第一定位销从腔体块的底部插入，经过所述波导通道插入所述上盖板的第一定位孔内；

1003：将装有所述探针以及所述上盖板的腔体块倒置，再将所述下盖板固定于所述腔体块的下半面，并保证所述探针的第二定位销插入所述下盖板的第二定位孔内，然后用螺栓紧固所述下盖板。

本发明实施例提供的一种径向波导功率合成器及其组装方法，该径向功率合成器通过探针将波导输入口中的微波传导至径向波导，再利用径向波导特性将微波均匀地分布到每一路。探针采用的是插入式的固定方法，即探针的上端设计第一定位销插入上盖板的第一定位孔中，下端设计第二定位销插入下盖板的第二定位孔中。这样设计既能保证整体的结构稳定性，又能准确定位，减小安装误差，指标更精准。基于波导的空间功率合成技术，具有系统合成效率较高，带宽性能较好，有效地防止了辐射损耗，具有良好的散热性能，易于小型化，结构简单易实现等优点。同时，它可以不受工作频率及波导尺寸的限制，工作于微波、毫米波以及更高的亚毫米波频段，有效地解决了在更高频段实现高功率输出的难题。与现有的合成器相比，本发明实施例提供的径向功率合成器结构更简单稳定易实现、频带更宽、插损更小，更适用于微波毫米波功率合成应用领域。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种径向波导功率合成器，其特征在于，所述径向波导功率合成器包括：一上盖板、一下盖板、一腔体块、一探针；所述上盖板、下盖板、腔体块和探针均为金属材质；

所述上盖板安装在所述腔体块的上半面内，所述下盖板固定于所述腔体块的下半面；

所述上盖板上设置有波导输入口，所述腔体块的下半面设置有径向对称的若干路径向波导，每路径向波导输出口设置在所述腔体块的侧面；

所述探针穿过所述腔体块，所述探针的一端与所述上盖板紧密相接，所述探针的另一端与所述下盖板紧密相接；微波由所述波导输入口馈入，通过所述探针耦合到每路径向波导中。

2.根据权利要求1所述的径向波导功率合成器，其特征在于，所述腔体块的上半面挖有矩形的第一凹槽，该第一凹槽与所述上盖板的外围尺寸一致；

所述上盖板通过螺栓安装在所述第一凹槽内。

3.根据权利要求2所述的径向波导功率合成器，其特征在于，

所述第一凹槽的底端挖有矩形的第二凹槽，所述第二凹槽的上边沿处设置有一阶梯；

所述第二凹槽的底端挖有一波导通道，所述波导通道从所述第二凹槽的底部贯穿到所述腔体块的下半面，所述探针通过所述波导通道插入所述腔体块。

4.根据权利要求3所述的径向波导功率合成器，其特征在于，所述探针两端是第一探针块和第二探针块，在所述第一探针块与所述第二探针块之间是第三探针块；

在所述第一探针块的外侧设置有圆柱形的第一定位销，所述第一定位销的半径小于所述第一探针块的半径；

在所述第二探针块的外侧设置有圆柱形的第二定位销，所述第二定位销的半径小于所述第二探针块的半径。

5.根据权利要求4所述的径向波导功率合成器，其特征在于，

所述上盖板靠近所述腔体块的一面设置有第一定位孔，所述探针的第一定位销与所述上盖板上的第一定位孔同半径；

所述下盖板靠近所述腔体块的一面设置有第二定位孔，所述探针的第二定位销与所述下盖板上的第二定位孔同半径；

所述探针的第一定位销插入第一定位孔中，所述探针的第二定位销插入所述第二定位孔中，所述探针的第三探针块穿过所述波导通道。

6.根据权利要求5所述的径向波导功率合成器，其特征在于，所述第一定位孔、所述波导通道和所述第二定位孔的中心轴重合，所述第三探针块与所述波导通道构成同轴结构。

7.根据权利要求3所述的径向波导功率合成器，其特征在于，所述上盖板的波导输入口的上边沿与所述腔体块上第二凹槽的上边沿处的阶梯对齐。

8.根据权利要求1所述的径向波导功率合成器，其特征在于，

所述上盖板的波导输入口四周设置有通孔，用以螺栓固定所述上盖板与所述腔体块；

所述下盖板上设置有成排通孔，用以螺栓固定所述下盖板与所述腔体块。

9.根据权利要求1-8任一项所述的径向波导功率合成器，其特征在于，所述腔体块是正十二边形的金属块，所述腔体块的下半面是十二路的径向波导，每路径向波导输出口与正十二边形端面相平行。

10.一种组装如权利要求9所述的径向波导功率合成器的方法，其特征在于，包括：

将所述上盖板插入所述腔体块的第一凹槽内，并保证所述上盖板上的波导输入口的上边沿与所述腔体块上第二凹槽的上边沿处的阶梯对齐，然后用螺栓紧固所述上盖板；

将装有上盖板的所述腔体块倒置，将所述探针的第一定位销从腔体块的底部插入，经过所述波导通道插入所述上盖板的第一定位孔内；

将装有所述探针以及所述上盖板的腔体块倒置，再将所述下盖板固定于所述腔体块的下半面，并保证所述探针的第二定位销插入所述下盖板的第二定位孔内，然后用螺栓紧固所述下盖板。