CN219123458U - 一种矩形波导多路功率合成器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种14GHz矩形波导多路功率合成器，包括合成器腔体、2^N个同轴输入端口、1个输出端口、2^N‑1个匹配负载端口和设置在所述合成器腔体内的2^N‑1个矩形波导2合1合成单元；2^N‑1个所述矩形波导2合1合成单元通过波导传输线进行级联，实现功率信号的2^N路合成；每个矩形波导2合1合成单元均采用波导魔T结构；波导传输线的折弯处采用圆角结构的90°波导弯头进行连接。

Description

一种矩形波导多路功率合成器

技术领域

本实用新型属于电子信息/射频/广播电视无源器件领域，具体涉及一种矩形波导多路功率合成器。

背景技术

功率合成器是射频和无线发射系统中的重要组成部分，功率合成器是将多个功放模块的输出功率合成在一起，以达到系统应用需要的功率等级。

功率合成器有着不同的结构形式，不同结构的功率合成器特点各不相同，有着不同的应用场合。根据功率合成器输入端口之间隔离度指标划分，功率合成器可以分为输入端口之间具备高隔离度结构(一般隔离度要求大于20dB)和输入端口之间不具备高隔离度结构(一般隔离度只有几个dB)。相比于输入端口之间不具备高隔离度结构的功率合成器，输入端口之间具备高隔离度的功率合成器在使用过程中，如果出现各输入端口输入功率不平衡的情况(例如某个功放模块输出功率降低，或者无输出功率)，由于输入不平衡而产生的功率会被功率合成器的平衡负载吸收掉，而不会反射回其它功放模块而对这些功放模块的正常工作造成影响，从而对整个射频系统产生保护作用。因此，在某些应用场合中，要求功率合成器输入端口间具备较高的隔离度指标。

功率合成器属于射频无源器件，其技术参数受到工作频率的显著影响。一般情况下，功率合成器的工作频率越高，合成器的插入损耗就越大，合成效率就会越低。在进行功率合成器结构设计的过程中，有多种传输线结构可以采用，如微带线、悬置带专线、同轴线、波导等等。随着工作频率的升高，其它一些结构如微带线、悬置带专线、同轴线的损耗会明显增大，而波导传输线在损耗方面的优势就会明显体现出来。同时，相比其它结构的传输线，波导传输线的功率容量更大。所以，在厘米波和毫米波频段，特别是大功率的应用场合下，采用波导作为传输线结构设计功率合成器，是最为理想的选择。

对于多路功率合成的需求，径向结构的功率合成器也经常会被采用。顾名思义，径向结构功率合成器各输入端口相对于合成器中轴线呈径向排布。这种结构的合成器虽然可以放下更多的输入端口，但各输入端口的位置既非平面排布也非直线排布，这就给合成器与各功放模块的连接，以及整个发射机的结构设计带来比较大的困扰。与之相反的，如果合成器各输入端口排布在一个平面甚至在一条直线上，这将会给发射机的结构实现带来很大的便利。

实用新型内容

实用新型目的：为解决现有径向结构的多路功率合成器的输入端口的位置既非平面排布也非直线排布，给合成器与各功放模块的连接，以及整个发射机的结构设计带来比较大的困扰的问题，本实用新型提出了一种矩形波导多路功率合成器，各输入端口呈直线等间距排布，方便与各功放模块连接和集成。

技术方案：一种14GHz矩形波导多路功率合成器，包括合成器腔体、2^N个同轴输入端口、1个输出端口、2^N-1个匹配负载端口和设置在所述合成器腔体内的2^N-1个矩形波导2合1合成单元；2^N-1个矩形波导2合1合成单元通过波导传输线进行级联，实现功率信号的2^N路合成；每个所述矩形波导2合1合成单元均采用波导魔T结构。

进一步的，所述波导魔T结构由匹配台阶和匹配圆柱构成。

进一步的，所述波导传输线的折弯处采用圆角结构的90°波导弯头进行连接。

进一步的，每个所述矩形波导2合1合成单元均包括一个吸收负载。

进一步的，2^N个所述同轴输入端口位于合成器腔体一侧的侧壁上，且2^N个同轴输入端口等间距分布；所述输出端口位于合成器腔体另一侧的侧壁上；2^N-1个所述匹配负载端口位于合成器腔体的上盖板上。

进一步的，在每个同轴输入端口通过同轴转波导结构与合成器腔体进行连接，利用磁场耦合的方式实现同轴到波导的转换。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

(1)相比于其它输入端口不带高隔离度的功率合成器，本实用新型的14GHz矩形波导多路功率合成器各输入端口之间具备高隔离度，各输入端口之间的隔离度不低于20dB。若出现各输入端口输入功率不平衡的情况(例如某个功放模块输出功率降低，或者无输出功率)，由于输入不平衡而产生的功率会被功率合成器的平衡负载吸收掉，而不会反射回其它功放模块而对这些功放模块的正常工作造成影响，从而对整个射频系统产生保护作用；

(2)相比于其它结构传输线的功率合成器，本实用新型的14GHz矩形波导多路功率合成器采用矩形波导结构，功率合成器的插入损耗极低，整体损耗小于0.4dB，功率合成器的合成效率大于91％；

(3)相比其它传统的匹配结构，本实用新型的14GHz矩形波导多路功率合成器各合成单元设计了匹配台阶和匹配圆柱结构，在满足合成器技术指标要求的前提下，使得合成器结构更简洁，加工、装配和调试成本也更低；

(4)相比于其它径向结构功率合成器，本实用新型的14GHz矩形波导多路功率合成器各输入端口呈直线等间距排布，方便与各功放模块连接和集成。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型的平面结构示意图；

图3为合成器腔体内部结构示意图；

图4为波导传输线结构示意图；

图5为本实用新型的正视图；

图6为本实用新型的后视图；

图7为本实用新型的侧视图；

图8为本实用新型的波导魔T的结构示意图；

图9为图8中C处的局部放大图；

图10为本实用新型的同轴转波导结构示意图；

图11为图10中Ⅰ处的局部放大图；

图12为图10中Ⅱ出的局部放大图。

具体实施方式

现结合附图进一步阐述本实用新型的技术方案。

本实用新型的一种14GHz矩形波导8路功率合成器，由7个矩形波导2合1合成单元和波导传输线级联而成，实现功率信号的8路合成。

如图1、图2、图5～图7所示，具体结构包括：合成器腔体1、8个同轴输入端口2(N(F)规格)、1个输出端口3(WR62波导法兰口规格)、设置在合成器腔体内部的波导传输线4和7个匹配负载端口5(WR62波导法兰口规格)。每个矩形波导2合1合成单元均包含一个吸收负载，可以实现两个输入端口的高隔离度。如图3和图4所示，本实用新型的波导传输线4为WR62矩形波导，波导传输线折弯处采用圆角结构的90°波导弯头进行连接。

具体的，8个同轴输入端口2位于合成器腔体1一侧的侧壁上，且8个同轴输入端口2等间距分布，如图8和图9，7个矩形波导2合1合成单元均采用了波导魔T6结构，本实用新型的波导魔T6结构包括匹配台阶61和匹配圆柱62，如图3、图8和图9，该匹配圆柱62贯穿设置在匹配台阶61上，波导魔T有多种可以实现的结构，但相比其他的波导魔T结构(比如匹配圆锥)，本实用新型的波导魔T结构更简单，加工更方便。用波导魔T单元结构的多路合成器可以实现所有输入端口之间的高隔离度。

如图10～图12，本实用新型在8个同轴输入端口2与合成器腔体1的连接处设计有同轴转波导结构7，以确保输入端的良好匹配。该输出端口3位于合成器腔体1另一侧的侧壁上，7个匹配负载端口5位于合成器腔体1的上盖板上。

同轴转波导同样有多种实现结构，更为普遍的结构是将同轴端口放在波导的宽边上，利用电场耦合的方式实现同轴到波导的转换。而本实用新型中的同轴端口位于波导的端面上，是利用磁场耦合的方式实现同轴到波导的转换。本实用新型中所设计的同轴转波导结构，可以将合成器输入的同轴端口放在合成器的端面上，合成器使用起来更加方便。

使用时，8个功放模块分别与功率合成器的8个同轴输入端口2相连，7个匹配负载端口5通过螺丝与合成器腔体相连，功率合成器的输出端口3与其它外部设备相连。

本实用新型的矩形波导功率合成器的输入路数为8路，本实用新型的设计结构也可以应用在其它输入路数的功率合成器上，比如4路或者16路功率合成器。本实用新型的矩形波导功率合成器工作频率为14GHz，本实用新型的设计结构也可以应用在其它频率的功率合成器中。

本实用新型的14GHz矩形波导8路功率合成器，各输入端口间具备高隔离度，隔离度不低于20dB；合成器采用矩形波导结构，整体损耗小于0.4dB，功率合成器的合成效率大于91％；合成器各2合1合成单元采用了更加简洁的结构，保证更低的加工、装配和调试成本；合成器各输入端口呈直线等间距排布，方便与各功放模块连接和集成。

Claims (6)

1.一种14GHz矩形波导多路功率合成器，其特征在于：包括合成器腔体、2^N个同轴输入端口、1个输出端口、2^N-1个匹配负载端口和设置在所述合成器腔体内的2^N-1个矩形波导2合1合成单元；2^N-1个矩形波导2合1合成单元通过波导传输线进行级联，实现功率信号的2^N路合成；每个所述矩形波导2合1合成单元均采用波导魔T结构。

2.根据权利要求1所述的一种14GHz矩形波导多路功率合成器，其特征在于：所述波导魔T结构由匹配台阶和匹配圆柱构成。

3.根据权利要求1所述的一种14GHz矩形波导多路功率合成器，其特征在于：所述波导传输线的折弯处采用圆角结构的90°波导弯头进行连接。

4.根据权利要求1所述的一种14GHz矩形波导多路功率合成器，其特征在于：每个所述矩形波导2合1合成单元均包括一个吸收负载。

5.根据权利要求1所述的一种14GHz矩形波导多路功率合成器，其特征在于：2^N个所述同轴输入端口位于合成器腔体一侧的侧壁上，且2^N个同轴输入端口等间距分布；所述输出端口位于合成器腔体另一侧的侧壁上；2^N-1个所述匹配负载端口位于合成器腔体的上盖板上。

6.根据权利要求4所述的一种14GHz矩形波导多路功率合成器，其特征在于：在每个同轴输入端口通过同轴转波导结构与合成器腔体进行连接，利用磁场耦合的方式实现同轴到波导的转换。

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