CN107134626B

CN107134626B - 一种毫米波空间功率分配/合成器

Info

Publication number: CN107134626B
Application number: CN201710159525.3A
Authority: CN
Inventors: 吴章敏; 华昌洲
Original assignee: Ningbo University
Current assignee: Ningbo University
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2019-06-18
Anticipated expiration: 2037-03-17
Also published as: CN107134626A

Abstract

本发明公开了一种毫米波空间功率分配/合成器，包括标准矩形波导、过渡波导、空气透镜和输出阵列，空气透镜包括上下对称设置的两个金属半圆盘，金属半圆盘根据改进型麦克斯韦鱼眼透镜的原理保留了需要的部分并且去掉信号达不到的部分呈现出半圆盘形，位于上层的金属半圆盘的下表面和位于下层的金属圆盘的上表面为大小相同的内凹弧形面，内凹弧形面的平滑曲线根据改进型麦克斯韦鱼眼透镜原理决定，两个金属半圆盘的内凹弧形面分别形成改进型麦克斯韦鱼眼透镜；优点是输出功率高，频带宽，装配简单，且结构尺寸小，成本较低，能实现小型化。

Description

一种毫米波空间功率分配/合成器

技术领域

本发明涉及一种毫米波空间功率分配与合成技术，尤其是涉及一种毫米波空间功率分配/合成器。

背景技术

毫米波宽带大功率放大器在通讯、遥感、雷达和电子对抗等领域得到越来越多的应用。近几十年来在微波和毫米波频率范围，提出了多种功率合成技术。准光(空间)功率合成技术是20世纪80年代初提出的一种功率合成方法。在这种准光或空间功率合成中，功率由有源器件耦合为大直径的导波波束，再通过波束聚焦到空间功率需求处或转换为波导模式输出。大直径的波束横截面使得可以采用的合成单元数目更多，从而可提供更大的输出功率。而所有的合成单元都处于并联工作状态，故损耗基本上与合成单元数量无关，这使得空间功率合成在合成单元数量较多时具有十分明显的优势，可以满足高功率的需求。空间功率合成系统中，其能量的分配与合成通过低损耗的波导完成，合成系统中的欧姆损耗很小。合成损耗主要由有源器件耦合输出为传播波束以及传播波束耦合到功率接收端口时引起，而这类损耗可以通过优化设计使其最小，所以空间功率合成总传输损耗很小。

申请号为2016100176525的中国专利中公开了一种准平面高隔离多路功分器，该功分器采用双层基板结构、功分网络和隔离网络，输入射频信号通过上层功分网络实现多路的功率分配，下层隔离网络实现各输出端口优良的隔离特性和输出驻波。但是，该功分器存在以下问题：一、功率分配器受隔离电阻与介质材料等影响其承受的功率容量小，不利于大功率源的功率分配；二、功率分配器适用于微波低频段，对毫米波段插入损耗会较大。申请号为CN200910116194.0的中国专利中公开了一种四路及四路以上同轴功率分配器，该功率分配器利用对称十字分支节对需要多路输出的分配器进行多次分支，前一次十字分支节产生两个直接使用的输出端口及一个用于下一次分支的输出端口。该装置对多路分配时尺寸较大，加工要求和装配要求高，不能实现较支路的功率分配。

申请号为2011100243349的中国专利中公开了一种空间功率分配器/合成器，该功率分配器包括标准矩形波导、过渡波导、空气透镜和输出阵列；输出阵列为U型输出阵列，空气透镜是由上下两层金属圆盘构成的金属圆盘形平行板波导，由龙伯透镜的原理保留了需要的部分并且去掉信号达不到的部分呈现出圆盘形，金属圆盘的下表面向内凹呈弧形面，下层金属圆盘的上表面向内凹呈弧形面，上下两层的各弧形面的平滑曲线由龙伯透镜原理决定。标准矩形波导的宽边垂直于金属圆盘，过渡波导呈喇叭口状，过渡波导的一端与标准矩形波导相连，过渡波导的另一端与圆盘形空气透镜相交，U型输出阵列的输出端面为矩形，U型输出阵列的输入端面是与空气透镜相配合的半圆形圆弧面，U型输出阵列内设有多片与空气透镜的金属圆盘相垂直的平行金属隔板，U型输出阵列内的金属隔板之间的距离等于标准矩形波导的窄边尺寸，U型输出阵列内的金属隔板的高度等于标准矩形波导的长边。该空间功率分配/合成器所有材料均为金属，输出功率高，频带宽，并且装配简单，但使用多路分配或合成时，其构成其核心部件空气透镜必须为一个完整的金属圆盘限制而尺寸比较大，成本较高，且需要较大的空间，不利于功率分配/合成器的小型化设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是提供一种输出功率高，频带宽，装配简单，且结构尺寸小，成本较低，能实现小型化的毫米波空间功率分配/合成器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种毫米波空间功率分配器，包括从前往后依次排列的标准矩形波导、过渡波导、空气透镜和输出阵列，所述的过渡波导的结构呈喇叭口状，所述的过渡波导的前端与所述的标准矩形波导相连，所述的过渡波导的后端与所述的空气透镜相交，所述的空气透镜包括上下对称设置的两个金属半圆盘，所述的金属半圆盘根据改进型麦克斯韦鱼眼透镜的原理保留了需要的部分并且去掉信号达不到的部分呈现出半圆盘形，改进型麦克斯韦鱼眼透镜的原理与麦克斯韦鱼眼透镜的原理基本相同，区别仅在于改进型麦克斯韦鱼眼透镜的折射率分布函数为n(r)＝N₀/[1+δ(r/R)²]，其中N₀和δ是两个可调参数，0<N₀<1，r为改进型麦克斯韦鱼眼透镜中某点到中心点的距离，R为改进型麦克斯韦鱼眼透镜的半径，位于上层的金属半圆盘的下表面和位于下层的金属圆盘的上表面为大小相同的内凹弧形面，所述的内凹弧形面的平滑曲线根据改进型麦克斯韦鱼眼透镜原理决定，两个所述的金属半圆盘的内凹弧形面分别形成改进型麦克斯韦鱼眼透镜，改进型麦克斯韦鱼眼透镜中某点到其中心的距离为r，将该点在竖直方向的高度记为h(r)，其中λ₀为自由空间波长，R为改进型麦克斯韦鱼眼透镜的半径，N₀为常数且0<N₀<1，δ为常数且其取值使h(r)满足条件λ₀/2<h(r)<λ₀，所述的标准矩形波导的宽边平行于所述的金属半圆盘的中心轴线；所述的输出阵列包括框体以及设置在所述的框体内的多个金属隔板，所述的框体由顶板、左侧板、底板和右侧板依次连接形成，所述的顶板的前部由上层的金属半圆盘沿其与所述的标准矩形波导的输入方向平行的直径方向向后延伸四分之一波长λ₀/4得到，所述的顶板的后部为平板波导，所述的顶板的长度为λ₀，所述的顶板的宽度等于所述的金属半圆盘的直径，所述的底板的前部由下层的金属半圆盘沿其与所述的标准矩形波导的输入方向平行的直径方向向后延伸四分之一波长λ₀/4得到，所述的底板的后部为平板波导，所述的底板的长度为λ₀，所述的底板的宽度等于所述的金属半圆盘的直径，多个所述的金属隔板间隔设置，所述的金属隔板平行于所述的金属半圆盘的中心轴线，相邻两个所述的金属隔板之间的间距等于所述的金属半圆盘的内凹弧形面最大高度，所述的金属隔板的前端面与所述的顶板的前端面齐平，所述的金属隔板的后端面与所述的顶板的后端面齐平，所述的金属隔板的上端面与所述的顶板的下端面贴合，所述的金属隔板的下端面与所述的底板的上端面贴合；每相邻两个所述的金属隔板之间设置有一个波导过渡微带，所述的波导过渡微带由长度大于3λ₀/4，宽度与所述的金属半圆盘的内凹弧形面的最大高度相等的高频介质板按照对鳍线原理刻蚀形成，所述的波导过渡微带的前端面与所述的顶板后部的前端面齐平，所述的波导过渡微带到所述的顶板距离等于所述的波导过渡微带到所述的底板的距离；所述的毫米波空间功率分配器还包括金属铝板，所述的金属铝板的宽度等于所述的金属半圆盘的直径，所述的金属铝板位于所述的输出阵列后侧，所述的金属铝板的前端面和所述的波导过渡微带的后端面连接，所述的金属铝板的下端面与所述的底板的下端面齐平，所述的金属铝板的上端面与所述的波导过渡微带的上端面齐平。

所述的高频介质板厚度大于等于5mil且小于等于20mil。该结构中，高频介质板厚度的尺寸选择可以使波导过渡微带结构损耗小，设计方便，且成本较低。

与现有技术相比，本发明的毫米波空间功率分配器的优点在于通过上下对称设置的两个金属半圆盘来形成空气透镜，金属半圆盘根据改进型麦克斯韦鱼眼透镜的原理保留了需要的部分并且去掉信号达不到的部分呈现出半圆盘形，改进型麦克斯韦鱼眼透镜的原理与麦克斯韦鱼眼透镜的原理基本相同，区别仅在于改进型麦克斯韦鱼眼透镜的折射率分布函数为n(r)＝N₀/[1+δ(r/R)²]，其中N₀和δ是两个可调参数，0<N₀<1，r为改进型麦克斯韦鱼眼透镜中某点到中心点的距离，R为改进型麦克斯韦鱼眼透镜的半径，位于上层的金属半圆盘的下表面和位于下层的金属圆盘的上表面为大小相同的内凹弧形面，内凹弧形面的平滑曲线根据改进型麦克斯韦鱼眼透镜原理决定，两个金属半圆盘的内凹弧形面分别形成改进型麦克斯韦鱼眼透镜，改进型麦克斯韦鱼眼透镜中某点到其中心的距离为r，将该点在竖直方向的高度记为h(r)，其中λ₀为自由空间波长，R为改进型麦克斯韦鱼眼透镜的半径，N₀为常数且0<N₀<1，δ为常数且其取值使h(r)满足条件λ₀/2<h(r)<λ₀，标准矩形波导的宽边平行于金属半圆盘的中心轴线；输出阵列包括框体以及设置在框体内的多个金属隔板，框体由顶板、左侧板、底板和右侧板依次连接形成，顶板的前部由上层的金属半圆盘沿其与标准矩形波导的输入方向平行的直径方向向后延伸四分之一波长λ₀/4得到，顶板的后部为平板波导，顶板的长度为λ₀，顶板的宽度等于金属半圆盘的直径，底板的前部由下层的金属半圆盘沿其与标准矩形波导的输入方向平行的直径方向向后延伸四分之一波长λ₀/4得到，底板的后部为平板波导，底板的长度为λ₀，底板的宽度等于金属半圆盘的直径，多个金属隔板间隔设置，金属隔板平行于金属半圆盘的中心轴线，相邻两个金属隔板之间的间距等于金属半圆盘的内凹弧形面最大高度，金属隔板的前端面与顶板的前端面齐平，金属隔板的后端面与顶板的后端面齐平，金属隔板的上端面与顶板的下端面贴合，金属隔板的下端面与底板的上端面贴合；每相邻两个金属隔板之间设置有一个波导过渡微带，波导过渡微带由长度大于3λ₀/4，宽度与金属半圆盘的内凹弧形面的最大高度相等的高频介质板按照对鳍线原理刻蚀形成，波导过渡微带的前端面与顶板后部的前端面齐平，波导过渡微带到顶板距离等于波导过渡微带到底板的距离；毫米波空间功率分配器还包括金属铝板，金属铝板的宽度等于金属半圆盘的直径，金属铝板位于输出阵列后侧，金属铝板的前端面和波导过渡微带的后端面连接，金属铝板的下端面与底板的下端面齐平，金属铝板的上端面与波导过渡微带的上端面齐平，本发明中应用空气介质的改进型麦克斯韦鱼眼透镜不存在各层之间的缝隙损耗问题，空气介质的改进型麦克斯韦鱼眼透镜不仅提供稳定的特性，而且透镜部分仅为空气，除波导过渡微带结构外，其他部件的材料均为金属，由此输出功率高，频带宽，合成效率高，相对于现有的功率分配器，空气透镜体积缩小了一般，易于实现小型化，可以直接按比例扩展到毫米波段更高的频率。

本发明所要解决的技术问题之二是提供一种输出功率高，频带宽，装配简单，且结构尺寸小，成本较低，能实现小型化的毫米波空间功率合成器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种毫米波空间功率合成器，包括从前往后依次排列的输入阵列、空气透镜、过渡波导和标准矩形波导，所述的过渡波导的结构呈喇叭口状，所述的过渡波导的后端与所述的标准矩形波导相连，所述的过渡波导的前端与所述的空气透镜相交，所述的空气透镜包括上下对称设置的两个金属半圆盘，所述的金属半圆盘根据改进型麦克斯韦鱼眼透镜的原理保留了需要的部分并且去掉信号达不到的部分呈现出半圆盘形，改进型麦克斯韦鱼眼透镜的原理与麦克斯韦鱼眼透镜的原理基本相同，区别仅在于改进型麦克斯韦鱼眼透镜的折射率分布函数为n(r)＝N₀/[1+δ(r/R)²]，其中N₀和δ是两个可调参数，0<N₀<1，r为改进型麦克斯韦鱼眼透镜中某点到中心点的距离，R为改进型麦克斯韦鱼眼透镜的半径，位于上层的金属半圆盘的下表面和位于下层的金属圆盘的上表面为大小相同的内凹弧形面，所述的内凹弧形面的平滑曲线根据改进型麦克斯韦鱼眼透镜原理决定，两个所述的金属半圆盘的内凹弧形面分别形成改进型麦克斯韦鱼眼透镜，改进型麦克斯韦鱼眼透镜中某点到其中心的距离为r，将该点在竖直方向的高度记为h(r)，其中λ₀为自由空间波长，R为改进型麦克斯韦鱼眼透镜的半径，N₀为常数且0<N₀<1，δ为常数且其取值使h(r)满足条件λ₀/2<h(r)<λ₀，所述的标准矩形波导的宽边平行于所述的金属半圆盘的中心轴线；所述的输入阵列包括框体以及设置在所述的框体内的多个金属隔板，所述的框体由顶板、左侧板、底板和右侧板依次连接形成，所述的顶板的后部由上层的金属半圆盘沿其与所述的标准矩形波导的输出方向平行的直径方向向前延伸四分之一波长λ₀/4得到，所述的顶板的前部为平板波导，所述的顶板的长度为λ₀，所述的顶板的宽度等于所述的金属半圆盘的直径，所述的底板的后部由下层的金属半圆盘沿其与所述的标准矩形波导的输出方向平行的直径方向向前延伸四分之一波长λ₀/4得到，所述的底板的前部为平板波导，所述的底板的长度为λ₀，所述的底板的宽度等于所述的金属半圆盘的直径，多个所述的金属隔板间隔设置，所述的金属隔板平行于所述的金属半圆盘的中心轴线，相邻两个所述的金属隔板之间的间距等于所述的金属半圆盘的内凹弧形面最大高度，所述的金属隔板的后端面与所述的顶板的后端面齐平，所述的金属隔板的前端面与所述的顶板的前端面齐平，所述的金属隔板的上端面与所述的顶板的下端面贴合，所述的金属隔板的下端面与所述的底板的上端面贴合；每相邻两个所述的金属隔板之间设置有一个波导过渡微带，所述的波导过渡微带由长度大于3λ₀/4，宽度与所述的金属半圆盘的内凹弧形面的最大高度相等的高频介质板按照对鳍线原理刻蚀形成，所述的波导过渡微带的后端面与所述的顶板前部的后端面齐平，所述的波导过渡微带到所述的顶板距离等于所述的波导过渡微带到所述的底板的距离；所述的毫米波空间功率分配器还包括金属铝板，所述的金属铝板的宽度等于所述的金属半圆盘的直径，所述的金属铝板位于所述的输入阵列前侧，所述的金属铝板的后端面和所述的波导过渡微带的前端面连接，所述的金属铝板的下端面与所述的底板的下端面齐平，所述的金属铝板的上端面与所述的波导过渡微带的上端面齐平。

与现有技术相比，本发明的毫米波空间功率合成器的优点在于通过上下对称设置的两个金属半圆盘形成空气透镜，金属半圆盘根据改进型麦克斯韦鱼眼透镜的原理保留了需要的部分并且去掉信号达不到的部分呈现出半圆盘形，改进型麦克斯韦鱼眼透镜的原理与麦克斯韦鱼眼透镜的原理基本相同，区别仅在于改进型麦克斯韦鱼眼透镜的折射率分布函数为n(r)＝N₀/[1+δ(r/R)²]，其中N₀和δ是两个可调参数，0<N₀<1，r为改进型麦克斯韦鱼眼透镜中某点到中心点的距离，R为改进型麦克斯韦鱼眼透镜的半径，位于上层的金属半圆盘的下表面和位于下层的金属圆盘的上表面为大小相同的内凹弧形面，内凹弧形面的平滑曲线根据改进型麦克斯韦鱼眼透镜原理决定，两个金属半圆盘的内凹弧形面分别形成改进型麦克斯韦鱼眼透镜，改进型麦克斯韦鱼眼透镜中某点到其中心的距离记为r，将该点在竖直方向的高度记为h(r)，其中λ₀为自由空间波长，R为改进型麦克斯韦鱼眼透镜的半径，N₀为常数且0<N₀<1，δ为常数且其取值使h(r)满足条件λ₀/2<h(r)<λ₀，标准矩形波导的宽边平行于金属半圆盘的中心轴线；输入阵列包括框体以及设置在框体内的多个金属隔板，框体由顶板、左侧板、底板和右侧板依次连接形成，顶板的后部由上层的金属半圆盘沿其与标准矩形波导的输出方向平行的直径方向向前延伸四分之一波长λ₀/4得到，顶板的前部为平板波导，顶板的长度为λ₀，顶板的宽度等于金属半圆盘的直径，底板的后部由下层的金属半圆盘沿其与标准矩形波导的输出方向平行的直径方向向前延伸四分之一波长λ₀/4得到，底板的前部为平板波导，底板的长度为λ₀，底板的宽度等于金属半圆盘的直径，多个金属隔板间隔设置，金属隔板平行于金属半圆盘的中心轴线，相邻两个金属隔板之间的间距等于金属半圆盘的内凹弧形面最大高度，金属隔板的后端面与顶板的后端面齐平，金属隔板的前端面与顶板的前端面齐平，金属隔板的上端面与顶板的下端面贴合，金属隔板的下端面与底板的上端面贴合；每相邻两个金属隔板之间设置有一个波导过渡微带，波导过渡微带由长度大于3λ₀/4，宽度与金属半圆盘的内凹弧形面的最大高度相等的高频介质板按照对鳍线原理刻蚀形成，波导过渡微带的后端面与顶板前部的后端面齐平，波导过渡微带到顶板距离等于波导过渡微带到底板的距离；毫米波空间功率分配器还包括金属铝板，金属铝板的宽度等于金属半圆盘的直径，金属铝板位于输入阵列前侧，金属铝板的后端面和波导过渡微带的前端面连接，金属铝板的下端面与底板的下端面齐平，金属铝板的上端面与波导过渡微带的上端面齐平，本发明中应用空气介质的改进型麦克斯韦鱼眼透镜不存在各层之间的缝隙损耗问题，空气介质的改进型麦克斯韦鱼眼透镜不仅提供稳定的特性，而且透镜部分仅为空气，除波导过渡微带结构外，其他部件的材料均为金属，由此输出功率高，频带宽，合成效率高，相对于现有的功率合成器，空气透镜体积缩小了一般，易于实现小型化，可以直接按比例扩展到毫米波段更高的频率。

附图说明

图1为本发明的毫米波空间功率分配器/合成器的结构示意图；

图2为图1的横截面剖的立体图；

图3为图1的横截面剖的俯视图；

图4为图1的纵截面剖的正视图；

图5为本发明的毫米波空间功率分配器/合成器的顶板前部/后部与金属隔板的配合图；

图6为本发明的毫米波空间功率分配器/合成器的顶板后部/前部与金属隔板的配合图。

具体实施方式

本发明公开了一种毫米波空间功率分配器，以下结合附图实施例对本发明毫米波空间功率分配器作进一步详细描述。

实施例一：如图1-4所示，一种毫米波空间功率分配器，包括从前往后依次排列的标准矩形波导1、过渡波导2、空气透镜和输出阵列，过渡波导2的结构呈喇叭口状，过渡波导2的前端与标准矩形波导1相连，过渡波导2的后端与空气透镜相交，空气透镜包括上下对称设置的两个金属半圆盘，金属半圆盘根据改进型麦克斯韦鱼眼透镜的原理保留了需要的部分并且去掉信号达不到的部分呈现出半圆盘形，改进型麦克斯韦鱼眼透镜的原理与麦克斯韦鱼眼透镜的原理基本相同，区别仅在于改进型麦克斯韦鱼眼透镜的折射率分布函数为n(r)＝N₀/[1+δ(r/R)²]，其中N₀和δ是两个可调参数，0<N₀<1，r为改进型麦克斯韦鱼眼透镜中某点到中心点的距离，R为改进型麦克斯韦鱼眼透镜的半径，位于上层的金属半圆盘4的下表面41和位于下层的金属圆盘5的上表面51为大小相同的内凹弧形面，内凹弧形面的平滑曲线根据改进型麦克斯韦鱼眼透镜原理决定，两个金属半圆盘的内凹弧形面分别形成改进型麦克斯韦鱼眼透镜，改进型麦克斯韦鱼眼透镜中某点到其中心的距离为r，将该点在竖直方向的高度记为h(r)，其中λ₀为自由空间波长，R为改进型麦克斯韦鱼眼透镜的半径，N₀为常数且0<N₀<1，δ为常数且其取值使h(r)满足条件λ₀/2<h(r)<λ₀，标准矩形波导1的宽边11平行于金属半圆盘的中心轴线；输出阵列包括框体以及设置在框体内的多个金属隔板6，框体由顶板7、左侧板8、底板9和右侧板10依次连接形成，顶板7的前部71由上层的金属半圆盘沿其与标准矩形波导1的输入方向平行的直径方向向后延伸四分之一波长λ₀/4得到，顶板7的后部72为平板波导，顶板7的长度为λ₀，顶板7的宽度等于金属半圆盘的直径，底板9的前部91由下层的金属半圆盘沿其与标准矩形波导1的输入方向平行的直径方向向后延伸四分之一波长λ₀/4得到，底板9的后部92为平板波导，底板9的长度为λ₀，底板9的宽度等于金属半圆盘的直径，多个金属隔板6间隔设置，金属隔板6平行于金属半圆盘的中心轴线，相邻两个金属隔板6之间的间距等于金属半圆盘的内凹弧形面最大高度，金属隔板6的前端面与顶板7的前端面齐平，金属隔板6的后端面与顶板7的后端面齐平，金属隔板6的上端面与顶板7的下端面贴合，金属隔板6的下端面与底板9的上端面贴合；每相邻两个金属隔板6之间设置有一个波导过渡微带12，波导过渡微带12由长度大于3λ₀/4，宽度与金属半圆盘的内凹弧形面的最大高度相等的高频介质板按照对鳍线原理刻蚀形成，波导过渡微带12的前端面与顶板7后部的前端面齐平，波导过渡微带12到顶板7距离等于波导过渡微带12到底板9的距离；毫米波空间功率分配器还包括金属铝板13，金属铝板13的宽度等于金属半圆盘的直径，金属铝板13位于输出阵列后侧，金属铝板13的前端面和波导过渡微带12的后端面连接，金属铝板13的下端面与底板9的下端面齐平，金属铝板13的上端面与波导过渡微带12的上端面齐平。

本实施例中，高频介质板厚度等于5mil。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，区别仅在于本实施例中，高频介质板厚度等于20mil。

本发明还公开了一种毫米波空间功率合成器，以下结合附图实施例对本发明毫米波空间功率合成器作进一步详细描述。

实施例一：一种毫米波空间功率合成器，包括从前往后依次排列的输入阵列、空气透镜、过渡波导2和标准矩形波导1，过渡波导2的结构呈喇叭口状，过渡波导2的后端与标准矩形波导1相连，过渡波导2的前端与空气透镜相交，其特征在于空气透镜包括上下对称设置的两个金属半圆盘，金属半圆盘根据改进型麦克斯韦鱼眼透镜的原理保留了需要的部分并且去掉信号达不到的部分呈现出半圆盘形，改进型麦克斯韦鱼眼透镜的原理与麦克斯韦鱼眼透镜的原理基本相同，区别仅在于改进型麦克斯韦鱼眼透镜的折射率分布函数为n(r)＝N₀/[1+δ(r/R)²]，其中N₀和δ是两个可调参数，0<N₀<1，r为改进型麦克斯韦鱼眼透镜中某点到中心点的距离，R为改进型麦克斯韦鱼眼透镜的半径，位于上层的金属半圆盘4的下表面41和位于下层的金属圆盘5的上表面51为大小相同的内凹弧形面，内凹弧形面的平滑曲线根据改进型麦克斯韦鱼眼透镜原理决定，两个金属半圆盘的内凹弧形面分别形成改进型麦克斯韦鱼眼透镜，改进型麦克斯韦鱼眼透镜中某点到其中心的距离为r，将该点在竖直方向的高度记为h(r)，其中λ₀为自由空间波长，R为改进型麦克斯韦鱼眼透镜的半径，N₀为常数且0<N₀<1，δ为常数且其取值使h(r)满足条件λ₀/2<h(r)<λ₀，标准矩形波导1的宽边11平行于金属半圆盘的中心轴线；输入阵列包括框体以及设置在框体内的多个金属隔板6，框体由顶板7、左侧板8、底板9和右侧板10依次连接形成，顶板7的后部71由上层的金属半圆盘沿其与标准矩形波导1的输出方向平行的直径方向向前延伸四分之一波长λ₀/4得到，顶板7的前部72为平板波导，顶板7的长度为λ₀，顶板7的宽度等于金属半圆盘的直径，底板9的后部92由下层的金属半圆盘沿其与标准矩形波导1的输出方向平行的直径方向向前延伸四分之一波长λ₀/4得到，底板9的前部91为平板波导，底板9的长度为λ₀，底板9的宽度等于金属半圆盘的直径，多个金属隔板6间隔设置，金属隔板6平行于金属半圆盘的中心轴线，相邻两个金属隔板6之间的间距等于金属半圆盘的内凹弧形面最大高度，金属隔板6的后端面与顶板7的后端面齐平，金属隔板6的前端面与顶板7的前端面齐平，金属隔板6的上端面与顶板7的下端面贴合，金属隔板6的下端面与底板9的上端面贴合；每相邻两个金属隔板6之间设置有一个波导过渡微带12，波导过渡微带12由长度大于3λ₀/4，宽度与金属半圆盘的内凹弧形面的最大高度相等的高频介质板按照对鳍线原理刻蚀形成，波导过渡微带12的后端面与顶板7前部的后端面齐平，波导过渡微带12到顶板7距离等于波导过渡微带12到底板9的距离；毫米波空间功率分配器还包括金属铝板13，金属铝板13的宽度等于金属半圆盘的直径，金属铝板13位于输入阵列前侧，金属铝板13的后端面和波导过渡微带12的前端面连接，金属铝板13的下端面与底板9的下端面齐平，金属铝板13的上端面与波导过渡微带12的上端面齐平。

本实施例中，高频介质板厚度等于5mil。

Claims

1.一种毫米波空间功率分配器，包括从前往后依次排列的标准矩形波导、过渡波导、空气透镜和输出阵列，所述的过渡波导的结构呈喇叭口状，所述的过渡波导的前端与所述的标准矩形波导相连，所述的过渡波导的后端与所述的空气透镜相交，其特征在于所述的空气透镜包括上下对称设置的两个金属半圆盘，所述的金属半圆盘根据改进型麦克斯韦鱼眼透镜的原理保留了需要的部分并且去掉信号达不到的部分呈现出半圆盘形，改进型麦克斯韦鱼眼透镜的原理与麦克斯韦鱼眼透镜的原理基本相同，区别仅在于改进型麦克斯韦鱼眼透镜的折射率分布函数为n(r)＝N₀/[1+δ(r/R)²]，其中N₀和δ是两个可调参数，0<N₀<1，r为改进型麦克斯韦鱼眼透镜中某点到中心点的距离，R为改进型麦克斯韦鱼眼透镜的半径，位于上层的金属半圆盘的下表面和位于下层的金属圆盘的上表面为大小相同的内凹弧形面，所述的内凹弧形面的平滑曲线根据改进型麦克斯韦鱼眼透镜原理决定，两个所述的金属半圆盘的内凹弧形面分别形成改进型麦克斯韦鱼眼透镜，改进型麦克斯韦鱼眼透镜中某点到其中心的距离为r，将该点在竖直方向的高度记为h(r)，其中λ₀为自由空间波长，R为改进型麦克斯韦鱼眼透镜的半径，N₀为常数且0<N₀<1，δ为常数且其取值使h(r)满足条件λ₀/2<h(r)<λ₀，所述的标准矩形波导的宽边平行于所述的金属半圆盘的中心轴线；所述的输出阵列包括框体以及设置在所述的框体内的多个金属隔板，所述的框体由顶板、左侧板、底板和右侧板依次连接形成，所述的顶板的前部由上层的金属半圆盘沿其与所述的标准矩形波导的输入方向平行的直径方向向后延伸四分之一波长λ₀/4得到，所述的顶板的后部为平板波导，所述的顶板的长度为λ₀，所述的顶板的宽度等于所述的金属半圆盘的直径，所述的底板的前部由下层的金属半圆盘沿其与所述的标准矩形波导的输入方向平行的直径方向向后延伸四分之一波长λ₀/4得到，所述的底板的后部为平板波导，所述的底板的长度为λ₀，所述的底板的宽度等于所述的金属半圆盘的直径，多个所述的金属隔板间隔设置，所述的金属隔板平行于所述的金属半圆盘的中心轴线，相邻两个所述的金属隔板之间的间距等于所述的金属半圆盘的内凹弧形面最大高度，所述的金属隔板的前端面与所述的顶板的前端面齐平，所述的金属隔板的后端面与所述的顶板的后端面齐平，所述的金属隔板的上端面与所述的顶板的下端面贴合，所述的金属隔板的下端面与所述的底板的上端面贴合；每相邻两个所述的金属隔板之间设置有一个波导过渡微带，所述的波导过渡微带由长度大于3λ₀/4，宽度与所述的金属半圆盘的内凹弧形面的最大高度相等的高频介质板按照对鳍线原理刻蚀形成，所述的波导过渡微带的前端面与所述的顶板后部的前端面齐平，所述的波导过渡微带到所述的顶板距离等于所述的波导过渡微带到所述的底板的距离；所述的毫米波空间功率分配器还包括金属铝板，所述的金属铝板的宽度等于所述的金属半圆盘的直径，所述的金属铝板位于所述的输出阵列后侧，所述的金属铝板的前端面和所述的波导过渡微带的后端面连接，所述的金属铝板的下端面与所述的底板的下端面齐平，所述的金属铝板的上端面与所述的波导过渡微带的上端面齐平。

2.根据权利要求1所述的一种毫米波空间功率分配器，其特征在于所述的高频介质板厚度大于等于5mil且小于等于20mil。

3.一种毫米波空间功率合成器，包括从前往后依次排列的输入阵列、空气透镜、过渡波导和标准矩形波导，所述的过渡波导的结构呈喇叭口状，所述的过渡波导的后端与所述的标准矩形波导相连，所述的过渡波导的前端与所述的空气透镜相交，其特征在于所述的空气透镜包括上下对称设置的两个金属半圆盘，所述的金属半圆盘根据改进型麦克斯韦鱼眼透镜的原理保留了需要的部分并且去掉信号达不到的部分呈现出半圆盘形，改进型麦克斯韦鱼眼透镜的原理与麦克斯韦鱼眼透镜的原理基本相同，区别仅在于改进型麦克斯韦鱼眼透镜的折射率分布函数为n(r)＝N₀/[1+δ(r/R)²]，其中N₀和δ是两个可调参数，0<N₀<1，r为改进型麦克斯韦鱼眼透镜中某点到中心点的距离，R为改进型麦克斯韦鱼眼透镜的半径，位于上层的金属半圆盘的下表面和位于下层的金属圆盘的上表面为大小相同的内凹弧形面，所述的内凹弧形面的平滑曲线根据改进型麦克斯韦鱼眼透镜原理决定，两个所述的金属半圆盘的内凹弧形面分别形成改进型麦克斯韦鱼眼透镜，改进型麦克斯韦鱼眼透镜中某点到其中心的距离为r，将该点在竖直方向的高度记为h(r)，其中λ₀为自由空间波长，R为改进型麦克斯韦鱼眼透镜的半径，N₀为常数且0<N₀<1，δ为常数且其取值使h(r)满足条件λ₀/2<h(r)<λ₀，所述的标准矩形波导的宽边平行于所述的金属半圆盘的中心轴线；所述的输入阵列包括框体以及设置在所述的框体内的多个金属隔板，所述的框体由顶板、左侧板、底板和右侧板依次连接形成，所述的顶板的后部由上层的金属半圆盘沿其与所述的标准矩形波导的输出方向平行的直径方向向前延伸四分之一波长λ₀/4得到，所述的顶板的前部为平板波导，所述的顶板的长度为λ₀，所述的顶板的宽度等于所述的金属半圆盘的直径，所述的底板的后部由下层的金属半圆盘沿其与所述的标准矩形波导的输出方向平行的直径方向向前延伸四分之一波长λ₀/4得到，所述的底板的前部为平板波导，所述的底板的长度为λ₀，所述的底板的宽度等于所述的金属半圆盘的直径，多个所述的金属隔板间隔设置，所述的金属隔板平行于所述的金属半圆盘的中心轴线，相邻两个所述的金属隔板之间的间距等于所述的金属半圆盘的内凹弧形面最大高度，所述的金属隔板的后端面与所述的顶板的后端面齐平，所述的金属隔板的前端面与所述的顶板的前端面齐平，所述的金属隔板的上端面与所述的顶板的下端面贴合，所述的金属隔板的下端面与所述的底板的上端面贴合；每相邻两个所述的金属隔板之间设置有一个波导过渡微带，所述的波导过渡微带由长度大于3λ₀/4，宽度与所述的金属半圆盘的内凹弧形面的最大高度相等的高频介质板按照对鳍线原理刻蚀形成，所述的波导过渡微带的后端面与所述的顶板前部的后端面齐平，所述的波导过渡微带到所述的顶板距离等于所述的波导过渡微带到所述的底板的距离；所述的毫米波空间功率分配器还包括金属铝板，所述的金属铝板的宽度等于所述的金属半圆盘的直径，所述的金属铝板位于所述的输入阵列前侧，所述的金属铝板的后端面和所述的波导过渡微带的前端面连接，所述的金属铝板的下端面与所述的底板的下端面齐平，所述的金属铝板的上端面与所述的波导过渡微带的上端面齐平。

4.根据权利要求3所述的一种毫米波空间功率合成器，其特征在于所述的高频介质板厚度大于等于5mil且小于等于20mil。