CN105680141A - 一种毫米波小型化波导合成网络 - Google Patents

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CN105680141A CN201610055097.5A CN201610055097A CN105680141A CN 105680141 A CN105680141 A CN 105680141A CN 201610055097 A CN201610055097 A CN 201610055097A CN 105680141 A CN105680141 A CN 105680141A
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张国强
张生春
武华锋
华根瑞
杨莉
李磊
马云柱
张思明
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/19—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port of the junction type

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Abstract

本发明涉及一种小型化功率合成网络，主要应用于毫米波收发组件及其它需要小型化功率合成的领域，设计中采用非标波导(2mm×6mm)合成形式，使整个波导合成尺寸大大减小，并且，在合成器的波导合成对称处，引入“感性”调谐柱，改善了驻波，减小了尺寸，同时，“锲”形切口的优化，使波导的阻抗更加匹配。该种小型化功率合成网络，相对于传统的波导合成形式，尺寸减小了60％，合成效率达到了95.8％。

Description

一种毫米波小型化波导合成网络
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，具体是毫米波收发组件中功率合成小型化问题。
背景技术
随着微波毫米波固态器件的发展，固态微波毫米波高功率放大技术引起了人们的广泛关注。由于单个MMIC输出功率能力有限，难于满足工程应用的要求，功率合成技术是获得大功率固态微波毫米波源的最重要、最有效途径。功率分配/合成技术性能的好坏直接影响到整个系统能量的分配和合成效率。
在毫米波频段，传统的功率合成采用微波电桥形式进行功率合成，该种结构存在的问题是体积大，已经无法满足收发组件对体积的苛刻要求。综观以往功率合成形式，大多数都是以追求大功率为出发点，鲜有小型化的功率合成论述。所以，有必要设计一种满足收发组件要求的小型化功率合成网络。
对于功率合成技术，由于微波芯片的二维平面结构，通常情况下，采用微带电路进行能量的传输。在毫米波频段，由于微带形式介质损耗比较严重，合成效率较低，同时兼顾合成功率容量的考虑，可以采用波导形式进行信号的传输与合成。但是，波导形式会使整个功率合成网络尺寸增加。结合微带二维平面优势与波导低损耗、高功率的优势，本发明在传统波导形式合成网络的中心对称处，引入“锲”形切口与感性调谐柱，将合成网络的尺寸大大减小，并且合成性能有较大提高。
发明内容
要解决的技术问题
本发明主要是解决毫米波收发组件中发射支路功率合成及小型化问题，设计了一种插损低、效率高及尺寸小的功率合成网络。
技术方案
本发明基于微波分支波导中，H-T接头(图1)的基本特性：在端口1与2同时等幅同相输入同一频率的TE10波，则由于两者在端口3的支臂中电场方向相同，中心对称面离两端口的距离相等，因而将同相叠加而获得最大能量输出；这时在主波导中驻波的电压波腹点正好位于对称平面上，因此对H-T接头来说，当在对称平面形成驻波电压波腹时，在对于对称平面为偶函数分布的电场下，分支中将获得最大能量输出，据此，可利用H-T进行功率合成。
同时，考虑输出媒介波导窄边与宽边对传输性能的影响。根据矩形波导传输理论，其窄边尺寸b一般等于宽边尺寸a的一半左右，这是基于波导的单模传输条件和最大微波功率容量考虑。宽边a主要影响波导的工作频率范围，窄边b主要影响波导的功率容量，窄边b并不是越小越好，b越小，越容易引起击穿，通过的功率也就越小。
本发明就是基于以上理论分析，通过优化波导宽边a和窄边b的尺寸，达到功率合成小型化的目的。
一种毫米波小型化波导合成网络，其特征在于包括波导合成器和微带-探针过渡板；所述的波导合成器为H-T接头，在H-T接头的波导合成处设有一个锲形切口，在H-T接头的波导输出口对称中心线上设有调谐柱，在H-T接头的输入口面的中心处开有长方形孔，长方形孔往外延伸为长方体，微带-探针过渡板位于长方体的下底面上，微带-探针过渡板的宽边一端与波导壁接触；所述调谐柱具有感性。
所述的波导合成器的波导口尺寸为2mm×6mm。
所述的调谐柱的直径为0.4mm，距离锲形切点为1.1～1.5mm。
所述的锲形切口的高为2mm，垂直高的边为4mm。
所述的微带-探针过渡板距离波导合成器的短路面为2mm。
有益效果
本发明提出的一种毫米波小型化波导合成网络，有益效果如下：
1)低插损。在合成网络的波导输出口对称处置入“感性”调谐柱，通过优化调谐柱的位置及尺寸参数，改善了链路匹配，减小了插损，整个链路插损只有0.1dB。
2)高效率。在合成网络的波导合成处，巧妙的引入“锲”形切口，通过优化切口的尺寸，有效的降低了传输损耗，提高了合成效率，合成效率达到了95.8％。
3)小型化。通过考虑波导的功率容量及截止频率，采用非标波导(2mm×6mm)形式接口，大大减小了合成器的尺寸，整个合成器尺寸只有15mm×18mm×8mm。
4)易扩展。通过合成布局，可以将该二路合成网络进行四路、八路扩展，满足不同功率输出下的合成要求。
附图说明
图1H-T结构图
图2H-T接头等效电路图
图3小型化功率合成网络框图
图4小型化功率合成网络立体图
4-微带-探针过渡板，5-锲形切口，6-调谐柱
图5小型化功率合成网络结构图(正视图)
图6小型化功率合成网络结构图(侧视图)
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
为了实现小型化功率合成的要求，在设计中，首先在前级采用微带功分器的形式将射频信号功分两路，分别为功率放大芯片提供所需要的激励信号，射频信号经过功率放大芯片分别放大后，通过微带-探针过渡，将射频信号导入小型波导合成器中，进行功率合成后输出。
设计中在合成器的波导中心对称处置入感性的调谐柱，一方面可以改善驻波，另一方面可以将合成器的传输方向尺寸进行压缩，达到小型化功率合成的目的，其等效电路如图2所示。为了进一步减小尺寸，采用非标波导(2mm×6mm)形式进行传输，并且对T型合成结构的“锲”形尺寸进行优化处理，具体尺寸见表1。
为了使微带与波导实现良好匹配，在合成器的输入口采用一截高阻抗的微带探针形式进行过渡。其中，微带探针基片采用Rogers5880，厚度为0.127mm，介电常数为2.2，装配中只需将微带探针底部涂覆导电胶，微带探针宽边一端直接抵至波导壁，为了保证微带探针能够与腔体底部良好接触，腔体槽采用正公差加工，具体尺寸见表2。
测试结果表明：采用该种形式的功率合成网络，在33～37GHz的频带内，插入损耗：≤0.1dB，端口驻波：≤1.20:1，合成效率：≥95.8％，整个合成网络较传统合成形式体积减小60％，可以广泛应用于毫米波收发组件及需要小型化功率合成的领域。
表1合成器结构尺寸建议参数
单位：mm
d d1 d2 d3 d4 d5 d6 h1 h2
1.3 3 5 2 2 2 2 5 2
h3 h4 h5 h6 Φ a1 a2 a3 b
3 6 1 6 0.4 2 2 2 2
表2微带探针尺寸建议参数
单位：mm
W1 W2 W3 W4 L1 L2 L3 L4
0.38 0.15 0.5 1 3.5 0.5 1.6 4

Claims (5)

1.一种毫米波小型化波导合成网络，其特征在于包括波导合成器和微带-探针过渡板；所述的波导合成器为H-T接头，在H-T接头的波导合成处设有一个锲形切口，在H-T接头的波导输出口对称中心线上设有调谐柱，在H-T接头的输入口面的中心处开有长方形孔，长方形孔往外延伸为长方体，微带-探针过渡板位于长方体的下底面上，微带-探针过渡板的宽边一端与波导壁接触；所述调谐柱具有感性。
2.根据权利要求1所述的一种毫米波小型化波导合成网络，其特征在于波导合成器的波导口尺寸为2mm×6mm。
3.根据权利要求1所述的一种毫米波小型化波导合成网络，其特征在于所述的调谐柱的直径为0.4mm，距离锲形切点为1.1～1.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种毫米波小型化波导合成网络，其特征在于所述的锲形切口的高为2mm，垂直高的边为4mm。
5.根据权利要求1所述的一种毫米波小型化波导合成网络，其特征在于所述的微带-探针过渡板距离波导合成器的短路面为2mm。
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