CN110034369A - 多路波导功率合成器及其制造方法 - Google Patents

多路波导功率合成器及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多路波导功率合成器及其制造方法，该多路波导功率合成器包括多个基本功率合成单元以及多个同轴连接器，同轴连接器连接至所述基本功率合成单元的输入端口以及输出端口，基本功率合成单元之间通过若干波导弯曲枝节相通，波导弯曲枝节包括E面U形弯曲波导、H面U形弯曲波导以及H面90度转角波导。通过合理设计和布局波导功率合成单元和波导弯曲枝节，实现了一个紧凑双层结构的多路波导功率合成器。本发明还公开了一种多路波导功率合成器的制造方法。多路波导功率合成器采用金属材料通过选择性激光烧结3‑D打印机一体打印而成，在实现了精确加工的同时装配简单，有效地提高了制造效率，减小了装配误差，降低了加工成本。

Description

多路波导功率合成器及其制造方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种多路波导功率合成器及其制造方法。
背景技术
现代先进雷达、导航和通信系统的高速发展需要大量微波和毫米波频段的固态功率放大器及其模组。为了实现实际工程应用中射频端口高功率输出的需求，往往需要将多路射频信号的功率通过功率放大器进行放大，并将放大后的输出功率进行合成，形成一路高功率信号输出，这就要求功率合成网络具有低射频损耗和高功率容量的属性。基于空气填充的波导结构的功率合成网络符合上述需求，且波导的工作带宽较宽，机械强度高，几乎无介质损耗，无辐射。此外，金属制成的波导还可以用作功率放大器及其模组的散热模块。因此，波导功率合成器是研究人员关注的重点之一。
传统的波导功率合成器基于铜或铝等结构材料采用计算机数控铣技术加工而成。多路波导功率合成器往往体积较大。虽然可以通过设计弯折紧凑的波导结构实现波导功率合成器结构的小型化，但是这样的设计使得波导功率合成器的物理结构复杂化，增加了加工的难度。在实际加工中，往往需要将一个波导功率合成器的物理模型拆分成多层结构分别加工，再通过螺丝等紧固件或精密焊接工艺将多层部件装配起来。这样使得多路波导功率合成器的加工效率低，加工成本高，且这样的加工模式造成了大量结构材料的浪费，存在的冗余结构材料增大了器件的质量。此外，多路波导功率合成器的多个部件的装配误差会恶化器件的射频性能。因此，需要寻求一种相对简单、高效率、低成本的多路波导功率合成器的制造方法。
发明内容
本发明提供一种多路波导功率合成器及其制造方法，旨在解决现有技术中采用传统减材制造技术加工波导功率合成器时，制造和装配过程复杂、加工周期长、冗余结构材料多等技术问题。
本发明第一方面提供一种多路波导功率合成器，包括N路输入端口，1路输出端口，其特征在于，该波导功率合成器包括F个基本功率合成单元以及2N个同轴连接器，其中，F＝N-1，且N＝2m，m＞3，且m为整数。所述同轴连接器连接至所述基本功率合成单元的输入端口以及输出端口，所述基本功率合成单元之间通过若干波导弯曲枝节相通，所述波导弯曲枝节包括E面U形弯曲波导、H面U形弯曲波导以及H面90度转角波导。
进一步地，所述基本功率合成单元为宽带波导H面3-dB定向耦合器，所述宽带波导H面3-dB定向耦合器包括四个矩形波导端口，两个矩形波导端口的公共侧壁端部均设有半圆柱，所述宽带波导H面3-dB定向耦合器的两独立侧壁中间对称设有阶梯结构，所述宽带波导H面3-dB定向耦合器的底部设有凸起棱，所述凸起棱两端分别与相应所述阶梯结构相连，所述宽带波导H面3-dB定向耦合器的底部中心位置设有凸起圆柱。
进一步地，所述F个定向耦合器的波导端口共计包括N个输入端口、F个隔离端口以及1个输出端口。
进一步地，所述E面U形弯曲波导的输入端口与输出端口分别处于上下两层结构中，且所述E面U形弯曲波导中电磁波的输入方向与输出方向相反。
进一步地，所述H面U形弯曲波导的输入端口与输出端口处于同一水平面上，且所述H面U形弯曲波导中电磁波的输入方向与输出方向相反。
进一步地，所述H面90度转角波导的输入端口与输出端口处于同一水平面上，且所述H面90度转角波导中电磁波的输入方向与输出方向呈90度夹角。
本发明第二方面提供一种多路波导功率合成器的制造方法，所述制造方法用于制造所述多路波导功率合成器，包括：
在选择性激光烧结3-D打印机的系统平台上，按照预设角度倾斜摆放所述多路波导功率合成器的电子模型；
使用选择性激光烧结3-D打印机，采用金属粉末材料，根据所述电子模型打印出所述多路波导功率合成器的原始工件；
其中，所述原始工件包括宽带波导H面3-dB定向耦合器、波导弯曲枝节以及同轴连接器的装配结构，所述原始工件为一个不可拆分的整体；
去除所述原始工件外表面上在打印过程中生成的金属支撑材料，对所述原始工件外表面进行打磨和喷砂处理，得到外表面较平滑的多路波导功率合成器的装配体；
将所述多路波导功率合成器的装配体中的同轴连接器的装配结构进行螺丝孔位攻丝，并将同轴连接器用螺丝装配在所述多路波导功率合成器的装配体上，得到所述多路波导功率合成器。
进一步地，在按照预设角度摆放所述多路波导功率合成器的电子模型的过程中，预设角度满足使所述多路波导功率合成器中所有定向耦合器的底面中心位置凸起的圆柱处于非悬置状态，使得在3-D打印过程中，多路波导功率合成器的波导腔体内部不产生任何金属支撑材料。
从上述发明内容可知，本发明中的多路波导功率合成器由多个波导功率合成单元、波导弯曲枝节以及同轴连接器构成，实现了微波功率由多个输入端口至1个输出端口的合成。多路微波信号在输入端口通过同轴连接器馈入波导功率合成单元，再经E面U形弯曲波导、H面U形弯曲波导以及H面90度转角波导三种不同的波导结构，最终合并为1路微波信号输出。本发明实施例以十六路(N＝16)波导功率合成器为例，通过合理设计和布局波导功率合成单元和波导弯曲枝节，实现了一个紧凑双层结构的十六路波导功率合成器。多路波导功率合成器采用金属粉末材料通过选择性激光烧结3-D打印机一体打印而成，在实现了精确加工的同时装配简单，有效地提高了制造效率，减小了装配误差，降低了加工成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术方案，下面将对实施例或现有技术方案中所使用的附图作简单介绍。需要注意的是，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例中十六路波导功率合成器的结构拓扑图；
图2为本发明实施例中十六路波导功率合成器的正面的实体结构图；
图3为本发明实施例中十六路波导功率合成器的反面的实体结构图；
图4为本发明实施例中十六路波导功率合成器的在图3视图下的分层示意图；
图5为本发明实施例中十六路波导功率合成器沿图4中A–A’面分层的剖面视图；
图6为本发明实施例中十六路波导功率合成器沿图4中B–B’面分层的剖面视图；
图7为本发明实施例中十六路波导功率合成器沿图4中C–C’面分层的剖面视图；
图8为本发明实施例中十六路波导功率合成器中一个宽带波导H面3-dB定向耦合器单元的三维结构图；
图9为本发明实施例中十六路波导功率合成器中一个宽带波导H面3-dB定向耦合器单元的俯视图；
图10为本发明实施例中十六路波导功率合成器中一个宽带波导H面3-dB定向耦合器单元的侧视图；
图11为本发明实施例中十六路波导功率合成器中一个宽带波导H面3-dB定向耦合器单元的仿真的端口电压驻波比(VSWR)和隔离度曲线图；
图12为本发明实施例中十六路波导功率合成器中一个宽带波导H面3-dB定向耦合器单元的仿真的功率传输系数曲线图；
图13为本发明实施例中十六路波导功率合成器中一个宽带波导H面3-dB定向耦合器单元的仿真的输出端口的信号相位差曲线图；
图14为本发明实施例中十六路波导功率合成器的制造工艺流程图；
图15为本发明实施例中十六路波导功率合成器的仿真和测量的端口A和端口B的电压驻波比(VSWR)和隔离度曲线图；
图16为本发明实施例中十六路波导功率合成器的仿真的相邻输入端口隔离度曲线图；
图17为本发明实施例中十六路波导功率合成器的测量的相邻输入端口隔离度曲线图；
图18为本发明实施例中十六路波导功率合成器的仿真的功率传输系数曲线图；
图19为本发明实施例中十六路波导功率合成器的测量的功率传输系数曲线图；
图20为本发明实施例中十六路波导功率合成器的仿真的端口信号相位差曲线图；
图21为本发明实施例中十六路波导功率合成器的测量的端口信号相位差曲线图。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。需要注意的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，所给出的结构尺寸为优选参数，参照本发明实施例，修改各个部件的参数可以进一步得到实际所需的性能。
本发明提供一种多路波导功率合成器，包括N路输入端口，1路输出端口，其特征在于，该波导功率合成器包括F个基本功率合成单元以及2N个同轴连接器，其中，F＝N-1，且N＝2m，m＞3，且m为整数。所述同轴连接器连接至所述基本功率合成单元的输入端口以及输出端口，所述基本功率合成单元之间通过若干波导弯曲枝节相通，所述波导弯曲枝节包括E面U形弯曲波导、H面U形弯曲波导以及H面90度转角波导。当m＝4，N＝16时，即构成一种十六路波导功率合成器。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种十六路波导功率合成器的结构拓扑图，显示了所述十六路波导功率合成器的分层架构以及每层中的基本结构单元、信号传输路径和端口排布。所述十六路波导功率合成器结构上分为上下两层矩形波导网络，其整体为左右对称结构。
上层结构中，所述十六路波导功率合成器的左翼和右翼分别有八个同轴连接器的输入端口L1–L8和R1–R8，每翼中的每两个同轴连接器的输入端口为一组，通过同轴连接器对与之相连的矩形波导进行馈电，且所述矩形波导依次与同翼中的宽带波导H面3-dB定向耦合器相连。每个宽带波导H面3-dB定向耦合器的另一侧的一个波导端口为该定向耦合器的输出端口，另一个端口为隔离端口M1–M8。在每个定向耦合器的输出端口实现两路输入信号的功率合成。例如，与L7和L8相连的宽带波导H面3-dB定向耦合器，L7和L8为输入端口，M4为隔离端口，剩下的一个端口为输出端口，在输出端口实现L7和L8两路信号的功率合成。
上层和下层矩形波导网络通过八个E面U形弯曲波导连接，每个E面U形弯曲波导在上层中的波导端口与一个宽带波导H面3-dB定向耦合器的输出端口相连，其在下层中的波导端口每两个为一组依次与分布在下层中的宽带波导H面3-dB定向耦合器相连，作为其输入端口。
下层结构中，所述十六路波导功率合成器的左翼和右翼分别有三个宽带波导H面3-dB定向耦合器，两翼之间有一个宽带波导H面3-dB定向耦合器。每翼中的前两个定向耦合器将通过E面U形弯曲波导从上层馈入的四路信号合成为两路信号，并分别通过一个H面U形弯曲波导馈入第三个定向耦合器的输入端口，再通过第三个定向耦合器合成为一路信号作为每翼的输出信号。最后，两翼的输出信号通过两个H面90度转角波导馈入两翼之间的定向耦合器，最终通过该定向耦合器合成为一路信号，从端口B输出。下层结构中，端口M9–M14和端口A均为隔离端口。
请进一步参阅图2–图7，图2为本发明实施例中十六路波导功率合成器的正面的实体结构图，图3为本发明实施例中十六路波导功率合成器的反面的实体结构图，图4为本发明实施例中十六路波导功率合成器的在图3视图下的分层示意图，图5为本发明实施例中十六路波导功率合成器沿图4中A–A’面分层的剖面视图，图6为本发明实施例中十六路波导功率合成器沿图4中B–B’面分层的剖面视图，图7为本发明实施例中十六路波导功率合成器沿图4中C–C’面分层的剖面视图。
如图2–图7所示，本发明中十六路波导功率合成器由以下各个部分组成：
1–8为十六路波导功率合成器下层的同轴连接器端口(不含同轴连接器)，其中，2为合路信号输出端口B，其余均为隔离端口，分别对应图1中的端口A和端口M9–M14；
9–32为十六路波导功率合成器上层的同轴连接器端口(不含同轴连接器)，其中，17–24和25–32分别为左翼和右翼的输入信号端口L1–L8和R1–R8，9–16为隔离端口M1–M8；
33(剖面，虚线框范围)为十六路波导功率合成器中的一个宽带波导H面3-dB定向耦合器单元；
34(剖面)为十六路波导功率合成器中的一个与同轴连接器相连的矩形波导段；
35(剖面)为十六路波导功率合成器中的一个E面U形弯曲波导；
36–39为波导H面3-dB定向耦合器单元中的波导不连续性结构，其中，36(剖面)为矩形波导侧壁上的阶梯，37为矩形波导宽边上凸起的棱，38(剖面)为波导H面3-dB定向耦合器在波导公共侧壁开口处的半圆柱，其高度等于波导窄边长度，39为波导H面3-dB定向耦合器底面中心位置处凸起的圆柱，37和39只存在于每个波导H面3-dB定向耦合器的底面；
40(剖面，虚线框范围)为十六路波导功率合成器中的一个H面U形弯曲波导；
41(剖面，虚线框范围)为十六路波导功率合成器中的一个H面90度转角波导。
请参阅图8–图10，为了更详细地描述本发明实施例中十六路波导功率合成器的工作原理，对十六路波导功率合成器中的一个宽带波导H面3-dB定向耦合器单元的结构和工作原理分析如下。
本发明中所述宽带波导H面3-dB定向耦合器是一个四端口互易微波网络，包括输入端口，直通端口，耦合端口和隔离端口。从输入端口输入的电磁波信号可以传输到直通端口和耦合端口(在指标上体现为传输系数)，而不传输到隔离端口(在指标上体现为隔离度)。3dB指的是理论上无耗互易的定向耦合器的耦合端口和直通端口的输出功率幅度相等，且均为输入功率的一半，即每路输出功率相对于输入功率下降3dB。
图8为本发明实施例中十六路波导功率合成器中的一个宽带波导H面3-dB定向耦合器的三维结构图。所述波导H面3-dB定向耦合器的四个矩形波导端口分别标注为1、2、42和43。在本发明实施例中，十六路波导功率合成器工作在X频段，其中的矩形波导宽边和窄边长度分别为a和b，a为21.75毫米，b为8.5毫米。
以本发明实施例中十六路波导功率合成器两翼之间的一个宽带波导H面3-dB定向耦合器为例，1和2端口分别对应端口A和B，为方便描述，将42和43所标注的两个端口命名为端口C和D。所述宽带波导H面3-dB定向耦合器通过两段H面矩形波导公共侧壁上的耦合窗口，即两个半圆柱38之间的区域，实现电磁波能量的耦合。波导H面3-dB定向耦合器中传播的电磁波主模式是矩形波导的TE10模。为了抑制高次模式TE30模，设置了矩形波导侧壁上的阶梯结构36，使得在耦合窗口区域，波导H面3-dB定向耦合器的宽度小于2a。
当电磁波信号从端口A输入时，电磁波信号传输到直通端口C，并通过耦合窗口耦合到耦合端口D，而在隔离端口B实现隔离。直通端口C和耦合端口D处的输出电磁波幅度相等，相位相差90度，且两个端口的输出功率均为端口A输入功率的一半，即输出功率相对于输入功率减小3dB。理论上，这样的一个互易无耗的四端口网络的散射参数矩阵为
需要理解的是，根据该四端口网络的互易性，对波导定向耦合器各个端口的属性命名是一个相对的概念，例如，当信号从C端口输入时，A为直通端口，B为耦合端口，D为隔离端口。此外，功率合成和功率分配也是一个相对的概念，即同一个波导定向耦合器，既可以用作两路功率合成器，也可以用作两路功率分配器。同理，对于本发明实施例中的十六路波导功率合成器而言，它也是一个十六路功率分配器，其位于下层的端口A和B之间彼此隔离，但都可以用作输出端口或输入端口。
为了补偿波导定向耦合器的两个独立侧壁上的阶梯结构36带来的端口阻抗失配，在波导定向耦合器底部的矩形波导宽边上设置凸起棱37，且在波导定向耦合器的底面中心位置处设置凸起圆柱39。在该波导定向耦合器的等效电路模型中，矩形波导侧壁上的阶梯结构36可以等效为并联电感，矩形波导宽边上的凸起棱37可以等效为电感电容并联谐振器，波导定向耦合器底面中心位置处的凸起圆柱39可以等效为并联电容，且与凸起棱37的等效电感电容并联谐振器串联。通过调节这些波导不连续性结构的物理尺寸，尤其是矩形波导宽边上的凸起棱37的高度h1和宽度w3、矩形波导侧壁上的阶梯结构36的宽度w4、以及波导定向耦合器底面中心位置处的凸起圆柱39的高度h2和半径r1，可以在较宽的频率范围内实现波导定向耦合器端口的阻抗匹配。采用该阻抗匹配结构，与传统的多级阶梯渐变、波导壁开槽或分支线等结构相比，有效地缩短了波导定向耦合器的横向长度，有利于实现多路波导功率合成器结构的紧凑性。本发明实施例中一个X频段宽带波导H面3-dB定向耦合器单元的优选尺寸参数为：
矩形波导宽边上凸起棱的高度h1为0.8毫米，宽度w3为1毫米；
波导定向耦合器底面中心位置处的凸起圆柱的高度h2为2毫米，半径r1为2.3毫米；
矩形波导段的长度l1为8.25毫米；
阶梯波导段的长度l2为23.75毫米，宽度w1为0.875毫米，宽度w2为1.25毫米，宽度w4为1毫米；
矩形波导公共侧壁的长度l3为10.5毫米，宽度w5为1.2毫米；
矩形波导公共侧壁开口处的半圆柱半径r2为1.8毫米。
请进一步参阅图11–图13，图11为本发明实施例中十六路波导功率合成器中一个宽带波导H面3-dB定向耦合器单元的仿真的端口电压驻波比(VSWR)和隔离度曲线图，图12为本发明实施例中十六路波导功率合成器中一个宽带波导H面3-dB定向耦合器单元的仿真的功率传输系数曲线图，图13为本发明实施例中十六路波导功率合成器中一个宽带波导H面3-dB定向耦合器单元的仿真的输出端口的信号相位差曲线图。
为了验证本发明实施例中十六路波导功率合成器中的一个波导H面3-dB定向耦合器单元的宽带频率响应特性，对该波导定向耦合器单元的散射参数进行电磁仿真。
如图11所示，在8.5–10.5GHz频率范围内，波导H面3-dB定向耦合器单元的仿真的端口A和端口B的电压驻波比(VSWR)均小于1.2，端口A和端口B之间的隔离度大于20dB，端口C和端口D之间的隔离度大于20dB。
如图12所示，波导H面3-dB定向耦合器单元的仿真的耦合端口和直通端口与输入端口之间的功率传输系数的幅度不平衡度小于0.5dB；
如图13所示，波导H面3-dB定向耦合器单元的耦合端口和直通端口的输出信号之间存在90度相位差。
将上述宽带波导H面3-dB定向耦合器作为基本单元，通过E面U形弯曲波导35、H面U形弯曲波导40和H面90度转角波导41实现互联，实现了结构紧凑的十六路波导功率合成器。E面U形弯曲波导35的输入端口与输出端口分别处于上下两层中，且其中电磁波的输入方向与输出方向相反。H面U形弯曲波导40的输入端口与输出端口处于同一水平面上，且其中电磁波的输入方向与输出方向相反。H面90度转角波导41的输入端口与输出端口处于同一水平面上，且其中电磁波的输入方向与输出方向呈90度夹角。
E面U形弯曲波导35、H面U形弯曲波导40和H面90度转角波导41的结构均是将矩形波导在转角处的宽边或窄边进行倒角实现。E面U形弯曲波导35的倒角宽度为7.5毫米，H面U形弯曲波导40和90度转角波导41的倒角宽度均为14毫米。
本发明实施例中X频段十六路波导功率合成器的所有波导边壁厚度均为1毫米，所有的同轴连接器均采用SMA型同轴连接器，所述十六路波导功率合成器的整体尺寸为184.4毫米×197.5毫米×34.0毫米。
请进一步参阅图14，图14为本发明实施例中十六路波导功率合成器的制造工艺流程图。如图14所示，该流程图包括：
S100、在选择性激光烧结3-D打印机的系统平台上，按照预设角度倾斜摆放十六路波导功率合成器的电子模型，使用所述选择性激光烧结3-D打印机采用金属粉末材料打印出与所述电子模型对应的原始工件；
其中，所述原始工件包括宽带波导H面3-dB定向耦合器、波导弯曲枝节以及同轴连接器的装配结构，所述原始工件为一个不可拆分的整体；
其中，通过合理摆放十六路波导功率合成器的电子模型，使之相对于3-D打印机的打印平台倾斜预设的角度，且使每个波导H面3-dB定向耦合器底面中心位置处的凸起圆柱处于非悬置状态，保证增材制造过程中十六路波导功率合成器的整体结构在波导内部不使用金属支撑材料的前提下能够一体化烧结成型。
进一步地，十六路波导功率合成器的电子模型是根据上述发明实施例的设计原理设计的十六路波导功率合成器的三维电子模型。
进一步地，十六路波导功率合成器的整体结构，包括宽带波导H面3-dB定向耦合器、波导弯曲枝节以及同轴连接器的装配结构，均使用金属粉末作为结构材料，通过3-D打印机一体打印而成。金属粉末可以采用铝合金、不锈钢和钛合金等金属材料，优选地使用铝合金粉末作为结构材料，通过选择性激光烧结3-D打印机一体打印而成。
进一步地，采用工业级直接金属激光烧结3-D打印机，3-D打印机采用钇光纤激光器，激光功率400瓦，在保护气氩气的环境下，对铝合金粉末进行选择性烧结，在烧结区域激光光斑直径为100微米，纵向打印分辨率即打印材料堆叠层厚为60微米。选择性激光烧结3-D打印机完成打印任务后，取出原始工件，对原始工件进行如下后续处理。
S200、去除所述原始工件外表面在选择性激光烧结过程中生成的金属支撑材料，并对原始工件进行打磨和喷砂处理，得到外表面较平滑的3-D打印的十六路波导功率合成器的装配体；
其中，所述对原始工件进行打磨和喷砂处理的工序中，打磨工序是用锉刀和粗砂纸等工具手工打磨工件外表面，以获得较为平滑的外表面，喷砂工序是将经过打磨工序的工件放置在喷砂机中对其外表面进行全方位的喷砂，目的是进一步减小烧结的铝合金工件表面的粗糙度。
S300、将所述十六路波导功率合成器的装配体的同轴连接器的装配结构进行螺丝孔位攻丝，并将SMA型同轴连接器用螺丝装配在所述十六路波导功率合成器的装配体上，最终得到所述十六路波导功率合成器。
请参阅图15–图21，图15为本发明实施例中十六路波导功率合成器的仿真和测量的端口A和端口B的电压驻波比(VSWR)和隔离度曲线图，图16和图17分别为本发明实施例中十六路波导功率合成器的仿真和测量的相邻输入端口隔离度曲线图，图18和图19分别为本发明实施例中十六路波导功率合成器的仿真和测量的功率传输系数曲线图，图20和图21分别为本发明实施例中十六路波导功率合成器的仿真和测量的端口信号相位差曲线图；
为了证明本发明实施例中X频段十六路波导功率合成器的优异射频性能，对该波导功率合成器的端口电压驻波比、端口隔离度、功率传输系数以及端口信号相位差进行了仿真和测量。首先，仿真和测量的频率响应吻合良好。
如图15所示，十六路波导功率合成器的工作频率范围为8.5–10.5GHz，相对带宽为21.1％，在带宽范围内十六路波导功率合成器的端口A和端口B的电压驻波比小于1.5，端口A和端口B之间的隔离度优于25dB。
如图16–17所示，十六路波导功率合成器两个相邻输入端口之间测量的隔离度优于20dB(由于结构对称性，图16–17中只显示了端口R1–R8之间的隔离度)。
如图18–19所示，十六路波导功率合成器输入端口和输出端口之间测量的功率传输系数约为-12.5dB。因为一个理想无耗的十六路功率合成器输入端口和输出端口之间的功率传输系数为-12dB，所以本发明实施例中十六路波导功率合成器的每条功率合成路径的实际插入损耗约为0.5dB。仿真和实际的插入损耗的差异是由于激光烧结的铝合金因表面粗糙度、表面氧化等原因导致其有效电导率低于仿真中铝的电导率造成的。测量的十六路波导功率合成器的功率传输系数的幅度不平衡度在±1dB以内。
如图20–21所示，测量的十六路波导功率合成器的端口相位差的不平衡度在±1度以内。
增材制造的多路波导功率合成器不含冗余结构材料，且装配过程简单(仅需要安装SMA型同轴连接器)，和传统的多路波导功率合成器相比，实现了结构的紧凑性和制造效率的显著提升。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所公开的结构和加工方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的多路波导功率合成器的实施例结构仅仅是示意性的，例如，波导功率合成器的路数、宽带波导H面3-dB定向耦合器的结构、弯曲波导和转角波导的结构等，仅仅为一种可实现的物理结构，实际中可以遵循设计原则设计为其它合理的结构。实施例中波导功率合成器的尺寸为工作在X频段下的优选尺寸，可以根据实际应用需求设计出工作在其它频段的尺寸。另外，十六路波导功率合成器的加工也可以采用其它金属材料实现，可以根据实际应用需求选择合适的3-D打印材料和3-D打印机。
以上为对本发明所提供的一种多路波导功率合成器及其制造方法的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种多路波导功率合成器，包括N路输入端口，1路输出端口，其特征在于，该波导功率合成器包括F个基本功率合成单元以及2N个同轴连接器，其中，F＝N-1，且N＝2m，m＞3，且m为整数。所述同轴连接器连接至所述基本功率合成单元的输入端口以及输出端口，所述基本功率合成单元之间通过若干波导弯曲枝节相通，所述波导弯曲枝节包括E面U形弯曲波导、H面U形弯曲波导以及H面90度转角波导。
2.根据权利要求1所述的多路波导功率合成器，其特征在于，所述基本功率合成单元为宽带波导H面3-dB定向耦合器，所述宽带波导H面3-dB定向耦合器包括四个矩形波导端口，两个相同朝向的矩形波导端口的公共侧壁端部均设有半圆柱，所述宽带波导H面3-dB定向耦合器的两独立侧壁中间对称设有阶梯结构，所述宽带波导H面3-dB定向耦合器的底部设有凸起棱，所述凸起棱两端分别与相应所述阶梯结构相连，所述宽带波导H面3-dB定向耦合器的底部中心位置设有凸起圆柱。
3.根据权利要求2所述的多路波导功率合成器，其特征在于，所述F个定向耦合器的波导端口共计包括N个输入端口、F个隔离端口以及1个输出端口。
4.根据权利要求1所述的多路波导功率合成器，其特征在于，所述E面U形弯曲波导的输入端口与输出端口分别处于上下两层结构中，且所述E面U形弯曲波导中电磁波的输入方向与输出方向相反。
5.根据权利要求1所述的多路波导功率合成器，其特征在于，所述H面U形弯曲波导的输入端口与输出端口处于同一水平面上，且所述H面U形弯曲波导中电磁波的输入方向与输出方向相反。
6.根据权利要求1所述的多路波导功率合成器，其特征在于，所述H面90度转角波导的输入端口与输出端口处于同一水平面上，且所述H面90度转角波导中电磁波的输入方向与输出方向呈90度夹角。
7.一种多路波导功率合成器的制造方法，其特征在于，所述制造方法用于制造权利要求1–6中任一项所述的多路波导功率合成器，所述制造方法包括：
在选择性激光烧结3-D打印机的系统平台上，按照预设角度倾斜摆放所述多路波导功率合成器的电子模型；
使用选择性激光烧结3-D打印机，采用金属粉末材料，根据所述电子模型打印出所述多路波导功率合成器的原始工件；
其中，所述原始工件包括宽带波导H面3-dB定向耦合器、波导弯曲枝节以及同轴连接器的装配结构，所述原始工件为一个不可拆分的整体；
去除所述原始工件外表面上在打印过程中生成的金属支撑材料，对所述原始工件外表面进行打磨和喷砂处理，得到外表面平滑的多路波导功率合成器的装配体；
将所述多路波导功率合成器的装配体中的所述同轴连接器的装配结构进行螺丝孔位攻丝，并将同轴连接器用螺丝装配在所述多路波导功率合成器的装配体上，得到所述多路波导功率合成器。
8.根据权利要求7所述的多路波导功率合成器的制造方法，其特征在于，在按照所述预设角度摆放所述多路波导功率合成器的电子模型的过程中，预设角度满足使所述多路波导功率合成器中所有的定向耦合器的底面中心位置凸起的圆柱处于非悬置状态，使得在3-D打印过程中，多路波导功率合成器的波导腔体内部不产生任何金属支撑材料。
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