CN107819181A - 一种波导功率合成器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种波导功率合成器，包括多个功率输入波导、功率合成装置及总功率输出波导，多个功率输入波导包括第1功率输入波导、第2功率输入波导、…、第n功率输入波导；第2功率输入波导、…、第n功率输入波导都与功率合成装置垂直相通设置；功率合成装置内包括n‑2个水平相通的矩形波导，矩形波导内设有调配柱；其中，n为5～12的自然数。上述波导功率合成器，由于设有功率输入波导、功率合成装置及总功率输出波导，可以完成多路功率的级联合成，且上述波导功率合成器为串型链式的功率合成方式，各个输入波导单元依次排开，利于多路发射机排列，且占地面积较小；由于设有调配柱，使各路功率合成后的输出端口的驻波比很小。

Description

一种波导功率合成器
技术领域
本发明涉及功率合成器领域，特别是涉及一种波导功率合成器。
背景技术
大功率固态器件的工作频率及所能达到的功率越来越高，但限于半导体的物理特性，单个固态器件的输出功率是有限的。采用功率合成技术将多路固态期间输出功率进行叠加，是获得更高输出功率的有效途径之一。功率合成器广泛应用于微波功率放大器、功放线性化、测试电路以及其他微波系统中。
在申请号为：201210554598.X的发明专利中，公开了一种波导功率合成器，该合成器主要采用T型结构，可用于不同比例的功率合成。
在申请号为：201310294552.3的发明专利中，公开了一种波导功率分配合成器及功率分配、合成方法，具体公开的一种波导功率分配合成器也为T型结构合成器，通过在第1端口和第2端口之间的传输路径上设置不同类型的波导，从而实现多路功率分配合成。上述两个专利中的波导功率合成器，都只是用于简单的两路功率合成，如果采用上述T型结构组合级联形成大功率需求的多路合成器，会使制备的级联调试十分复杂，会花费很多的现场调试时间，且占地面积较大，不利于散热系统的设计。由于大功率功率源功率等级通常达到100KW以上的级别，目前单路射频功率源的功率最大只能做到20KW，所需的发射机本身的体积就十分庞大，如果采用上述T型结构的波导功率合成器，不利于多路发射机的排列，会占用有限的实验室面积。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种波导功率合成器，以解决不利于多路发射机排列、占地面积较大的技术问题。
一种波导功率合成器，包括多个功率输入波导、功率合成装置及总功率输出波导，多个所述功率输入波导包括第1功率输入波导、第2功率输入波导、…、第n功率输入波导，所述第1功率输入波导连通至所述功率合成装置一端，所述总功率输出波导连通至所述功率合成装置另一端；
所述第2功率输入波导、…、所述第n功率输入波导都与所述功率合成装置垂直相通设置；所述功率合成装置内包括n-2个水平相通的矩形波导，所述矩形波导内设有调配柱；其中，n为3～12的自然数。
上述技术方案，由于设有功率输入波导、功率合成装置及总功率输出波导，可以完成多路功率的级联合成，且上述波导功率合成器为串型链式的功率合成方式，各个输入波导单元依次排开，方便系统集成，利于多路发射机排列，且占地面积较小；由于设有调配柱，可以调节回波损耗及驻波比，通过调配柱的微调，可以使各路功率合成后的输出端口的驻波比很小。
在其中一个实施例中，所述第2功率输入波导、…、所述第n功率输入波导与所述功率合成装置连通位置两侧的内壁分别设有水平方向的金属块一，两个金属块一之间形成调节窗口。
上述技术方案，由于设有调节窗口，可以调节匹配的发射机的传输系数，将传输系数调节至预定值，减小各路功率合成后的输出端口的驻波比。
在其中一个实施例中，所述金属块一的厚度为8～12mm。
在其中一个实施例中，所述第1功率输入波导与所述矩形波导的连通位置上部、两个所述矩形波导连通位置上部都设有竖直方向的金属块二。
上述技术方案，由于设有金属块二，可以调节匹配的发动机的传输系数，进一步精确调节，使各路功率合成后的输出端口的驻波比很小。
在其中一个实施例中，n为8或10。
有益效果：与现有技术相比，上述波导功率合成器，具有以下优点：
1、由于设有功率输入波导、功率合成装置及总功率输出波导，可以完成多路功率的级联合成，且上述波导功率合成器为串型链式的功率合成方式，各个输入波导单元依次排开，方便系统集成，利于多路发射机排列，且占地面积较小；由于设有调配柱，可以调节回波损耗及驻波比，通过调配柱的微调，可以使各路功率合成后的输出端口的驻波比很小。
2、由于设有调节窗口，可以调节匹配的发射机的传输系数，将传输系数调节至预定值，减小各路功率合成后的输出端口的驻波比。
附图说明
图1为实施例1的波导功率合成器的结构示意图；
图2为实施例1的第1功率输入波导、第2功率输入波导与功率合成装置的矩形波导的连接结构示意图；
图3为实施例1的功率合成装置的矩形波导与第三功率输入波导的连接结构示意图；
图4为实施例1的第1功率输入波导、第2功率输入波导及一个矩形波导的合成结构仿真曲线图；
图5为实施例1的两个矩形波导和第三功率输入波导的合成结构仿真曲线图；
图6为实施例1的两个矩形波导和第四功率输入波导的合成结构仿真曲线图；
图7为实施例1的两个矩形波导和第五功率输入波导的合成结构仿真曲线图；
图8为实施例1的两个矩形波导和第六功率输入波导的合成结构仿真曲线图；
图9为实施例1的两个矩形波导和第七功率输入波导的合成结构仿真曲线图；
图10为实施例1的两个矩形波导和第八功率输入波导的合成结构仿真曲线图；。
具体实施方式
实施例1
请参阅图1及图2，一种波导功率合成器，包括多个功率输入波导1、功率合成装置2及总功率输出波导3，多个功率输入波导1包括第1功率输入波导P1、第2功率输入波导P2、…、第n功率输入波导Pn，第1功率输入波导P1连通至功率合成装置2一端，总功率输出波导3连通至功率合成装置2另一端；第2功率输入波导P2、…、第n功率输入波导Pn都与功率合成装置2垂直相通设置；功率合成装置2内包括n-2个水平相通的矩形波导21，矩形波导21内设有调配柱4；其中，n为3～12的自然数。
其中，第2功率输入波导P2、…、第n功率输入波导Pn与功率合成装置2连通位置两侧的内壁分别设有水平方向的金属块一5，两个金属块一5之间形成调节窗口6。金属块一5的厚度及宽度根据需要进行匹配。金属块一的厚度为8mm。
优选的，第1功率输入波导P1与矩形波导21的连通位置上部、两个矩形波导21连通位置上部都设有竖直方向的金属块二7。通常根据需要，通过模拟仿真得到金属块一5、金属块二7的形状及尺寸，同时得到调配柱4的位置及尺寸。金属块二7的厚度为8mm。
请参阅图1～3，本实施例中，n为8。应用于同步光源中的射频功率源功率通常达到100KW甚至200KW，常见的有150KW，为了做适当的冗余设计，通常会设计160KW的射频功率源。由于160KW的单个功率源功率太大，做起来非常不容易，设计困难，价格昂贵，同时单个功率源不利于系统的稳定性设计。目前单路射频功率源最大能做到20KW。为了达到160KW的功率本实施例采用20KW*8的合成思路。合成结构如图1所示。
本实施例中，功率合成装置2包括6个矩形波导21，6个矩形波导21分别与第2功率输入波导P2、…、第8功率输入波导P8匹配相通。
请参阅图2及图4，上述波导功率合成器的工作原理为：先将两个20KW合成40KW，第1功率输入波导P1、第2功率输入波导P2及一个矩形波导21呈T型结构，为了将发射机一和发射机二的功率没有损失的合成输出端口，需要保持发射机一和发射机二到合成输出端口的传输系数为-3.01dB(1:1dB)，通过仿真计算得到两个金属块一5的宽度及厚度、调配柱4和金属块二7的位置，使发射机的传输系数保持在预定数值，且保证合成输出端口的驻波比很小，发射机一和发射机二合成好后，合成功率为40KW。
请参阅图3及图5，将发射机一和发射机二的合成功率与发射机三的功率20KW继续合成，两个矩形波导21与第三功率输入波导P3呈T型结构，为了功率没有损失的合成，需要设计传输系数为-4.78dB(2:1)，同发射机一和发射机二的功率合成方法，也是通过仿真设计得到两个金属块一5的宽度及厚度，并通过调节调配柱4和金属块二7的位置，使发射机的传输系数保持在预定数值，且保证合成输出端口的驻波比很小。
请参阅图6～10，同理，继续将发射机四、发射机五、发射机六、发射机七、发射机八发射的20KW功率分别与之前的合成功率继续合成。传输系数分别为-6.02dB(3:1)、-6.98dB(4:1)、-7.78dB(5:1)、-8.45dB(6:1)、-9.03dB(7:1)，同时通过两个金属块一5的尺寸设计、金属块二7及调配柱4的位置调整，使发射机的传输系数保持在预定数值，且保证合成输出端口的驻波比很小，最后得到总功率为160KW。
上述动力波导功率合成器，由于设有调配柱4、调节窗口6及金属块二7，可以通过调配柱4、调节窗口6及金属块二7的不同位置的配合，实现不同比例的功率合成，调节灵活，适应性较强。
实施例2
本实施例与实施例1的区别点在于总功率的数值及输入波导的数量上。
本实施例中，n为10。总功率为200KW，需要10个输入波导，共需要十个发射机进行功率合成，传输系数分别为-3.01dB(2:1)、-4.78dB(3:1)、-6.02dB(4:1)、-6.98dB(5:1)、-7.78dB(6:1)、-8.45dB(7:1)、-9.03dB(8:1)、-9.54dB(9:1)、-10dB(10:1)。

Claims (5)

1.一种波导功率合成器，其特征在于，包括多个功率输入波导(1)、功率合成装置(2)及总功率输出波导(3)，多个所述功率输入波导(1)包括第1功率输入波导(P1)、第2功率输入波导(P2)、…、第n功率输入波导(Pn)，所述第1功率输入波导(P1)连通至所述功率合成装置(2)一端，所述总功率输出波导(3)连通至所述功率合成装置(2)另一端；
所述第2功率输入波导(P2)、…、所述第n功率输入波导(Pn)都与所述功率合成装置(2)垂直相通设置；所述功率合成装置(2)内包括n-2个水平相通的矩形波导(21)，所述矩形波导(21)内设有调配柱(4)；其中，n为3～12的自然数。
2.根据权利要求1所述的波导功率合成器，其特征在于，所述第2功率输入波导(P2)、…、所述第n功率输入波导(Pn)与所述功率合成装置(2)连通位置两侧的内壁分别设有水平方向的金属块一(5)，两个金属块一(5)之间形成调节窗口(6)。
3.根据权利要求2所述的波导功率合成器，其特征在于，所述金属块一(5)的厚度为8～12mm。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的波导功率合成器，其特征在于，所述第1功率输入波导(P1)与所述矩形波导(21)的连通位置上部、两个所述矩形波导(21)连通位置上部都设有竖直方向的金属块二(7)。
5.根据权利要求1～3任意一项所述的波导功率合成器，其特征在于，n为8或10。
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