CN109524754B - 高集成式短传输路径的波导功率合成网络及方法 - Google Patents

Abstract

本公开公开了一种高集成式短传输路径的波导功率合成网络及方法，包括上盖板、下传输波导腔体、输入同轴连接器和输出标准矩形波导，其中，所述上盖板设置于下传输波导腔体上端，下传输波导腔体的一侧连接输入同轴连接器，所述输出标准矩形波导嵌入式可拆卸连接在上盖板上，延伸至下传输波导腔体内，对输入同轴连接器输入的射频信号进行分配、移相、放大与合成，实现在下传输波导腔体的传输路径上的传输。

Description

高集成式短传输路径的波导功率合成网络及方法

技术领域

本公开涉及一种高集成式短传输路径的波导功率合成网络及方法。

背景技术

随着微波毫米波技术的发展，对功率放大器输出功率提出了更高要求，在现有功率放大芯片输出功率有限的情况下，利用功率合成技术进行多路功率合成是提高系统输出功率能力的一种有效手段。相比于平面功率合成技术，空间功率合成技术具有插入损耗低、合成效率高等优点，在空间功率合成技术中基于矩形波导的合成技术是一种常用的技术手段，如图1所示为一种4路基于矩形波导的功率合成网络，输入信号由标准波导1-1进入，标准波导传递的信号经过一分为二波导功分器进行两次功率分配，分配后的四路信号等功分进入波导-微带探针转换结构1-3中进行放大，放大后的信号再利用与分配网络完全对称的结构进行功率合成输出，最终实现4路信号的功率合成。

图1所示的空间功率合成的技术方案，可以将输入信号按照2的倍数进行分配与合成，但随着频率的降低与合成路数的增加，其体积与传输路径将会成倍的增大，大大影响信号的传输效率与功率合成小型化的要求；同时，而波导与波导分叉处容易激起高次模，恶化输入端口的回波反射，从而大大影响了其插入损耗与功率合成的效率，因此，技术方案具有一定的局限性。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种高集成式短传输路径的波导功率合成网络及方法，本公开具有功率容量大、传输损耗小、散热性能好、合成效率高以及结构紧凑、易加工等优点。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一种高集成式短传输路径的波导功率合成网络，包括上盖板、下传输波导腔体、输入同轴连接器和输出标准矩形波导，其中，所述上盖板设置于下传输波导腔体上端，下传输波导腔体的一侧连接输入同轴连接器，所述输出标准矩形波导嵌入式可拆卸连接在上盖板上，延伸至下传输波导腔体内，对输入同轴连接器输入的射频信号进行分配、移相、放大与合成，实现在下传输波导腔体的传输路径上的传输。

作为进一步的限定，所述输出标准矩形波导的长度与下传输波导腔体的高度一致。

作为进一步的限定，所述输出标准矩形波导包括波导微带探针转换结构、威尔金森功分器和短路径垂直矩形波导，利用威尔金森功分器将由同轴连接器输入的射频信号分成等幅反相的两路信号后再合成，波导微带探针转换结构与短路径垂直矩形波导连接。

作为进一步的限定，所述波导微带探针转换结构为E面双探针的结构。

作为进一步的限定，所述威尔金森功分器将等幅同相的两路信号中的一路加上180度的移相后，形成等幅反相的两路信号。

作为进一步的限定，所述下传输波导腔体内设置有多个放大通道，所述放大通道分别对威尔金森功分器分配的各路信号进行放大。

作为进一步的限定，所述E面波导微带探针转换结构的方向同波导传输方向呈90度。

作为进一步的限定，所述波导功率合成网络的整体结构为长方体，各个放大通路采用平面形式分布在下传输波导腔体上。

一种高集成式短传输路径的波导功率合成方法，利用延伸至下传输波导腔体内的输出标准矩形波导，对输入同轴连接器输入的射频信号进行分配、移相、放大与合成，实现在下传输波导腔体的传输路径上的传输。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

(1)合成效率高：本公开采用了尺寸较短的矩形直波导结合波导微带双探针结构合成输出模式，合成后的信号仅通过一段较短的波导结构直接输出，传输通路中除了微带探针外，再无其它介质材料，降低了通路损耗，进一步提高了信号的合成与传输效率；

(2)工作频带宽：本公开利用了波导结构与微带双探针结构相结合的功分合成网络，工作频段可直接覆盖标准波导对应的全工作频率范围，可实现在宽频带内的高效多路功率分配与合成；

(3)结构集成度高：整体结构采用了上下准对称结构，传输通路均为直线结构，结构紧凑集成度高，大大缩小了结构尺寸与重量；

(4)散热效率高：本公开提出的合成网络设计为规则长方体结构，采用了平面阵列分布的技术方案，热源分布均匀，热量可直接传输到与上下腔体紧密连接的散热器中，提高了合成器的散热效率；

(5)可生产性强：采用了一体化切割与加工技术，整个功率合成器仅分为下波导功分网络与上波导合成网络两层结构，矩形波导仅为一段尺寸结构较小的标准直波导，大大降低了生产难度，技术要求低，可生产能力强；

(6)易于扩展集成：本公开提出的功率合成器为规则矩形结构，采用了等幅反相的合成方式，因此有别于传统扩展合成方案，可以利用E面波导功分等形式的等幅反相的方式在三维空间内进行多倍数扩展，形式简单，易于集成。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是现有技术的合成网络结构图；

图2是本公开的波导功率合成网络整体外观结构图；

图3是本公开的波导功率合成网络信号传输结构图；

图4是本公开合成网络信号传输通路局部示意图；

图5是本公开E面波导-双微带探针转换结构图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

正如背景技术中所述的由于现有功率合成方案具有一定的局限性，波导合成系统虽然传输损耗低，但传统波导合成网络结构多为曲线结构，结构尺寸大，其他功率分配、合成网络又存在着传输路径长与工作带宽窄等局限性。因此，本实施例提出了一种高集成式短传输路径的波导功率合成网络，解决了现有技术的难题。

结构形式方面：采用了一体化切割与加工技术，简化了结构形式，整体结构只分为波导下腔体与波导上腔体两部分，波导结构仅为一段长度较短标准矩形结构，此结构形式将大大降低了加工难度与成本；

工作频宽方面：采用了波导结构与微带双探针结构相结合的功分合成网络，工作频段可直接覆盖标准波导对应的全工作频率范围；

合成效率方面：传输通路中除了用于信号输出的微带探针外，再无其它介质材料，且信号合成输出通路仅为一段较短的矩形波导，降低了通路损耗，进一步提高了信号的合成与传输效率；

散热效率方面：整体结构为规则长方体，各个放大通路采用了平面形式分布在腔体上，每个热源处均有足够的散热面积，有效提高了散热效率，保证了在大功率容量下的高可靠性，同时降低了装配与调试难度；

可扩展性方面：本实施例提出的功率合成器为规则矩形结构，采用了等幅反相的合成方式，因此有别于传统扩展合成方案，可以利用E面波导功分等形式的等幅反相的方式在三维空间内进行多倍数扩展，形式简单，易于集成。

综上所述，本实施例提出的一种高集成式波导功率合成网络具有功率容量大、传输损耗小、散热性能好、合成效率高以及结构紧凑、易加工等优点，为多路空间功率合成提供了一种有效的技术手段。

本实施例提供了一种高集成式短传输路径的波导功率合成网络，解决了现有技术的难题，整体外形结构如图2所示，整体结构分为上下两层，主要包括下传输波导腔体2-1、上盖板2-2、输入同轴连接器2-3、输出标准矩形波导2-4。整体结构为标准长方体形结构，波导结构仅为一段长度较短标准矩形结构，此结构形式将大大降低了加工难度与成本；微波电路分布规则，腔体采用了一体化切割与加工技术，结构紧凑，易于加工，减小了加工与装配公差。

如图3所示为本实施例提出的一种高集成式短传输路径的波导功率合成网络内部微波信号传输通路结构图。主要包括：E面波导微带双探针转换结构3-1、短路径垂直矩形波导3-2、输入平面威尔金森功分结构3-3、射频信号传输通路3-4。E面双探针结构3-1具有频带宽的特点，可直接覆盖至全波导频率范围，同时双探针结构分布均匀紧凑，可在极小的空间内实现功率的分配与合成；短路径垂直矩形波导3-2，此结构即作为功率合成端口又作为信号传输端口，在信号合成后，利用矩形波导进行信号的传输，最大限度较低了通路损耗，提高了信号的合成与传输效率；输入平面威尔金森功分结构3-3结构，巧妙的利用了信号需要在微带电路进行放大与传输，功分后的信号功率直接进入每一路放大单元，无需其他转换结构。

工作时，输入信号首先由标准同轴输入，输入的信号通过射频信号传输通路通过射频信号传输输入波导3-4输入，利用传统威尔金森功分网络3-3平均分配为2路，通过威尔金森功分器后，将等幅同相的两路信号中的一路加上180度的移相后，形成等幅反相的两路信号，然后再通过分别放大后，将等幅反相的两路信号分别通过波导-双探针转换结构3-1，将两路信号进行功率合成。合成后的信号经过短路径垂直矩形波导3-2输出，从而将波导-微带双探针的等幅反相功率合成与其紧凑的结构形式巧妙地结合起来，实现了射频通路信号传输、分配、移相、放大与合成。其中微带双探针结构如图5所示，采用的E面双探针的结构，优于传统的H面功率分配与合成网络，并可实现在标准波导全频段的宽带功率合成与输出，而本实施例巧妙利用了该结构，使微带探针的方向同波导传输方向呈90度，波导的长度则刚好为腔体的高度，没有额外占用其他空间，同时大大缩短了合成后信号的传输路径，降低了合成后信号的插入损耗，提高了合成效率。

采用的整体结构方案为规则长方体，各个放大通路采用了平面形式分布在腔体上，每个热源处均有足够的散热面积，有效提高了散热效率，保证了在大功率容量下的高可靠性，同时降低了装配与调试难度。

综上，本实施例克服了传统平面与空间功率分配额/合成技术方案的插入损耗大、合成路数少与功率容量低等限制。采用了一体化切割与加工技术，简化了结构形式，整体结构只分为波导下腔体与波导上腔体两部分，波导结构仅为一段长度较短标准矩形结构，此结构形式将大大降低了加工难度与成本；采用了波导结构与微带双探针结构相结合的功分合成网络，工作频段可直接覆盖标准波导对应的全工作频率范围；传输通路中除了用于信号输出的微带探针外，再无其它介质材料，且信号合成输出通路仅为一段较短的矩形波导，降低了通路损耗，进一步提高了信号的合成与传输效率；整体结构为规则长方体，各个放大通路采用了平面形式分布在腔体上，每个热源处均有足够的散热面积，有效提高了散热效率，保证了在大功率容量下的高可靠性，同时降低了装配与调试难度。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种高集成式短传输路径的波导功率合成网络，其特征是：包括上盖板、下传输波导腔体、输入同轴连接器和输出标准矩形波导，其中，所述上盖板设置于下传输波导腔体上端，下传输波导腔体的一侧连接输入同轴连接器，所述输出标准矩形波导嵌入式可拆卸连接在上盖板上，延伸至下传输波导腔体内，对输入同轴连接器输入的射频信号进行分配、移相、放大与合成，实现在下传输波导腔体的传输路径上的传输；

所述输出标准矩形波导包括波导微带探针转换结构、威尔金森功分器和短路径垂直矩形波导，利用威尔金森功分器将由同轴连接器输入的射频信号分成等幅反相的两路信号后再合成，波导微带探针转换结构与短路径垂直矩形波导连接。

2.如权利要求1所述的一种高集成式短传输路径的波导功率合成网络，其特征是：所述输出标准矩形波导的长度与下传输波导腔体的高度一致。

3.如权利要求2所述的一种高集成式短传输路径的波导功率合成网络，其特征是：所述波导微带探针转换结构为E面双探针的结构。

4.如权利要求2所述的一种高集成式短传输路径的波导功率合成网络，其特征是：所述威尔金森功分器将等幅同相的两路信号中的一路加上180度的移相后，形成等幅反相的两路信号。

5.如权利要求1所述的一种高集成式短传输路径的波导功率合成网络，其特征是：所述下传输波导腔体内设置有多个放大通道，所述放大通道分别对威尔金森功分器分配的各路信号进行放大。

6.如权利要求4所述的一种高集成式短传输路径的波导功率合成网络，其特征是：所述波导微带探针转换结构的方向同波导传输方向呈90度。

7.如权利要求1所述的一种高集成式短传输路径的波导功率合成网络，其特征是：所述波导功率合成网络的整体结构为长方体，各个放大通路采用平面形式分布在下传输波导腔体上。

8.如权利要求1-7中任一项所述的高集成式短传输路径的波导功率合成系统的工作方法，其特征是：利用延伸至下传输波导腔体内的输出标准矩形波导，对输入同轴连接器输入的射频信号进行分配、移相、放大与合成，实现在下传输波导腔体的传输路径上的传输。

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