CN205319282U - 一种分支波导耦合器和波导内空间功率合成器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种分支波导耦合器和波导内空间功率合成器，其中，所述包括：分支波导耦合器包括：平行排列的主波导和副波导，所述主波导和副波导在相邻的宽边处连接为一个整体且在连接处设有耦合结构，主波导上的两个端口分别为输入端口、直通端口；副波导上的两个端口分别为耦合端口和隔离端口；所述耦合结构为平行排列的六个支波导，分别为第一支波导、第二支波导、第三支波导、第四支波导、第五支波导和第六支波导。
Description
技术领域
本实用新型涉及空间功率合成技术领域，尤其涉及一种分支波导耦合器和波导内空间功率合成器。
背景技术
由于单个功率器件的输出功率不足，不能够满足系统高功率要求，所以要通过功率合成技术获得高的输出功率。该技术是目前在K频段(Ka频段是电磁频谱的微波波段的一部分，K频段的频率范围为18-26.5GHZ)实现高功率输出的唯一途径。高功率源的研究一直以来制约着微波毫米波技术的发展及应用，这也是一直以来研究的关键技术之一。如果输入功率越高，那么微波通信系统的干扰能力会更强，通信质量也会进一步提高。
空间功率合成就是通过自由空间传播模式的电磁波叠加而实现功率相加的方法和技术。空间功率合成放大器一般以MMIC(单片微波集成电路)放大器或管芯为功率单元，常用于中小功率级别的功率源设计。而对于高频段的高功率输出，通常需要在末级加上功率合成网络，提高功率放大器的末级功率合成效率。当前缺少适用于K频段功率合成网络的耦合器。
实用新型内容
为解决现有存在的技术问题，本实用新型实施例期望提供一种分支波导耦合器和波导内空间功率合成器，能适用于K频段功率合成需求。
本实用新型实施例的技术方案是这样实现的：
本实用新型实施例提供了一种分支波导耦合器，包括：平行排列的主波导和副波导，所述主波导和副波导在相邻的宽边处连接为一个整体且在连接处设有耦合结构，主波导上的两个端口分别为输入端口、直通端口；副波导上的两个端口分别为耦合端口和隔离端口；所述耦合结构为平行排列的六个支波导，分别为第一支波导、第二支波导、第三支波导、第四支波导、第五支波导和第六支波导。
上述方案中，所述主波导和副波导均为WR42波导。
上述方案中，所述主波导和副波导的横截面相同。
上述方案中，所述六个支波导的高度彼此相同，所述六个支波导的长度彼此相同。
上述方案中，所述六个支波导中，所述第一支波导与所述第六支波导的宽度相同，所述第二支波导与所述第四支波导的宽度相同，所述第三支波导与所述第四支波导的宽度相同。
上述方案中，所述主波导和副波导的宽度均为10.668毫米，高度均为4.318毫米；所述六个支波导的长度均为4.15毫米；所述六个支波导的高度均为4.318毫米；所述第一支波导与所述第六支波导的宽度均为0.81毫米，所述第二支波导与所述第四支波导的宽度均为1.19毫米，所述第三支波导与所述第四支波导的宽度均为1.45毫米。
上述方案中，所述耦合器在18-21GHZ频段的隔离度和回波损耗在-20dB以下，耦合-3dB。
本实用新型实施例还提供一种波导内空间功率合成器，所述功率合成器包含上述任意一种分支波导耦合器和波导-微带-波导转换结构，所述波导-微带-波导转换结构用于连接两个相同的所述分支波导耦合器，该波导-微带-波导转换结构的一端连接一分支波导耦合器的直通端口，该波导-微带-波导转换结构的另一端连接另一分支波导耦合器的耦合端口。
本实用新型技术方案的有益效果：采用标准波导设计功率合成单元并且得到理想效果；把单元结构级联起来后的多路合成结构仍具有理想结果。合成效率高，更好的带宽性能；能够阻止辐射损耗，散热特性良好；容易实现小型化设计，波导结构易于实现；能够实现在毫米波频段甚至更高的频段工作，有效地实现了在高频段高功率输出的应用。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的分支波导耦合器的结构示意图；
图2a和2b为本实用新型实施例提供的分支波导耦合器的仿真结果示意图；
图3为本实用新型实施例提供的波导内空间功率合成器的结构示意图；
图4a和4b为本实用新型实施例提供的波导内空间功率合成器的仿真结果示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型实施例和技术方案，下面将结合附图及实施例对本实用新型的技术方案进行更详细的说明，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1为本实用新型实施例提供的分支波导耦合器的结构示意图，如图1所示，该分支波导耦合器包括：平行排列的主波导10和副波导20，所述主波导10和副波导20在相邻的宽边处连接为一个整体且在连接处设有耦合结构，主波导10上的两个端口分别为输入端口101、直通端口102；副波导20上的两个端口分别为耦合端口203和隔离端口204；所述耦合结构为平行排列的六个支波导，分别为第一支波导1、第二支波导2、第三支波导3、第四支波导4、第五支波导5和第六支波导6。
进一步的，上述实施例中，主波导10和副波导20均为WR42波导。优选的，主波导10和副波导20的横截面相同。特别的，如图1所示，主波导10和副波导20的横截面为长方形，该横截面的宽度均为10.668毫米，高度均为4.318毫米。
进一步的，为了方便制造，上述分支波导耦合器中的六个支波导的高度彼此相同且与主波导或副波导保持一致；同时，六个支波导的长度(即主波导与副波导之间的距离)也彼此相同。例如，继续参考图1，六个支波导的高度与主波导(副波导)的高度均为4.318毫米，六个支波导的长度均为4.15毫米。
进一步的，上述分支波导耦合器中的六个支波导中，第一支波导1与第六支波导6的宽度相同，第二支波导2与第四支波导4的宽度相同，第三支波导3与第四支波导4的宽度相同。
特别的，如图1所示的分支波导耦合器中的六个支波导中，第一支波导1与第六支波导6的宽度均为0.81毫米，第二支波导2与第四支波导4的宽度均为1.19毫米，第三支波导3与第四支波导4的宽度均为1.45毫米。
利用HFSS(HighFrequencyStructureSimulator，是Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件)对图1所示的分支波导耦合器的仿真结果如图2a和2b所示，其中，图2a为插入损耗和回波损耗图，图2b为相位差。
由图2a和2b可知：在中心频点处两路输出的散射参量分别为-2.92dB和-2.93dB，可以保证电磁波信号的等幅分配；中心频率处输入端口回波损耗为-28.1dB，在1GHz带宽以内低于-25dB；两路输出端口在所需的带宽内恒定地保持90°的相位差，这个相位差可以通过合成环节的分支波导耦合器进行补偿。因此，本实用新型实施例提供的分支波导耦合器，在18-21GHZ频段的隔离度和回波损耗在-20dB以下，耦合-3dB。
本实用新型还提供一种波导内空间功率合成器，该功率合成器包含上述任意一种分支波导耦合器和波导-微带-波导转换结构，所述波导-微带-波导转换结构用于连接两个相同的所述分支波导耦合器，如图3所示，该波导-微带-波导转换结构的一端连接一分支波导耦合器的直通端口，该波导-微带-波导转换结构的另一端连接另一分支波导耦合器的耦合端口。
利用HFSS对图3所示的波导内空间功率合成器的仿真结果如图4a和4b所示，其中，图4a为插入损耗和回波损耗图，图2b为输入输出端口驻波。
由图4a和4b可知：该波导内空间功率合成器，在18―21GHz范围内最大插入损耗0.22dB，回波损耗优于-20dB，驻波低于1.18。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种分支波导耦合器，其特征在于，包括：平行排列的主波导和副波导，所述主波导和副波导在相邻的宽边处连接为一个整体且在连接处设有耦合结构，主波导上的两个端口分别为输入端口、直通端口；副波导上的两个端口分别为耦合端口和隔离端口；所述耦合结构为平行排列的六个支波导，分别为第一支波导、第二支波导、第三支波导、第四支波导、第五支波导和第六支波导。
2.根据权利要求1所述的分支波导耦合器，其特征在于，所述主波导和副波导均为WR42波导。
3.根据权利要求1或2所述的分支波导耦合器，其特征在于，所述主波导和副波导的横截面相同。
4.根据权利要求3所述的分支波导耦合器，其特征在于，所述六个支波导的高度彼此相同，所述六个支波导的长度彼此相同。
5.根据权利要求4所述的分支波导耦合器，其特征在于，所述六个支波导中，所述第一支波导与所述第六支波导的宽度相同，所述第二支波导与所述第四支波导的宽度相同，所述第三支波导与所述第四支波导的宽度相同。
6.根据权利要求5所述的分支波导耦合器，其特征在于，所述主波导和副波导的宽度均为10.668毫米，高度均为4.318毫米；所述六个支波导的长度均为4.15毫米；所述六个支波导的高度均为4.318毫米；所述第一支波导与所述第六支波导的宽度均为0.81毫米，所述第二支波导与所述第四支波导的宽度均为1.19毫米，所述第三支波导与所述第四支波导的宽度均为1.45毫米。
7.根据权利要求6所述的分支波导耦合器，其特征在于，所述耦合器在18-21GHZ频段的隔离度和回波损耗在-20dB以下，耦合-3dB。
8.一种波导内空间功率合成器，其特征在于，所述功率合成器包含根据权利要求1至7任一项所述的分支波导耦合器和波导-微带-波导转换结构，所述波导-微带-波导转换结构用于连接两个相同的所述分支波导耦合器，该波导-微带-波导转换结构的一端连接一分支波导耦合器的直通端口，该波导-微带-波导转换结构的另一端连接另一分支波导耦合器的耦合端口。
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