本發(fā)明涉及微波頻段空間功率合成的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種ka波段同軸波導(dǎo)內(nèi)空間功率分配/合成器。

背景技術(shù)：

在微波通信系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)功率的大小決定了整個(gè)系統(tǒng)的作用距離和抗干擾能力，高功率放大器是發(fā)射機(jī)中必不可少的關(guān)鍵部分。由于單個(gè)半導(dǎo)體固態(tài)器件在微波頻段尺寸減小、功率容量下降，其輸出功率已經(jīng)難以滿足無(wú)線通信電子系統(tǒng)的需求，因此人們采用功率合成網(wǎng)絡(luò)的方法獲得大功率的信號(hào)輸出。

功率合成技術(shù)的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)多路數(shù)、低損耗、寬頻帶、高隔離度、高平衡性的功率分配/合成網(wǎng)絡(luò)。徑向功率分配/合成器由于其能一次實(shí)現(xiàn)多路功率等幅同相分配，因而一直是人們研究的熱點(diǎn)。另外，在相同的合成路數(shù)下，徑向合成放大器相對(duì)于二進(jìn)制結(jié)構(gòu)損耗更少，效率更高。而同軸波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成器合成路數(shù)呈徑向分布，能直接在同軸波導(dǎo)內(nèi)實(shí)現(xiàn)功率的合成，相對(duì)于一般徑向功率合成器具有更緊湊，效率更高的特點(diǎn)。

2008年，dirki.l.devilliers等人在transactionsonmicrowavetheoryandtechniques上發(fā)表了題為“designofconicaltransmissionlinepowercombinersusingtaperedlinematchingsections”的文章，該結(jié)構(gòu)采用同軸sma連接頭進(jìn)行信號(hào)的輸入和輸出，其徑向波導(dǎo)呈圓錐形狀，能有效大大增加工作帶寬。該結(jié)構(gòu)在x波段能達(dá)到47％相對(duì)帶寬，但輸出端口的匹配和隔離較差，且該結(jié)構(gòu)存在加工的復(fù)雜性，若要將該結(jié)構(gòu)應(yīng)用于毫米波段講存在較大困難。

在2009年，宋開(kāi)軍等人在transactionsonmicrowavetheoryandtechniques上發(fā)表了題為“planarprobecoaxial-waveguidepowercombiner/divider”的文章，其使用同軸sma連接頭輸入信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)擴(kuò)展同軸波導(dǎo)傳輸準(zhǔn)tem模，最后經(jīng)波導(dǎo)-微帶線轉(zhuǎn)換輸出。該結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，整體緊湊；其缺點(diǎn)是該結(jié)構(gòu)屬于諧振型結(jié)構(gòu)，輸出端口沒(méi)有加入隔離電阻，端口的隔離和匹配比較差，另外，隨著頻段變高，微帶結(jié)構(gòu)損耗會(huì)越來(lái)越大。

在2002年，pengchengjia等人在transactionsonmicrowavetheoryandtechniques上發(fā)表了題為“multioctavespatialpowercombininginoversizedcoaxialwaveguide”的文章，該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為在擴(kuò)展同軸波導(dǎo)內(nèi)放置32路鰭線陣列，實(shí)現(xiàn)多路空間功率的分配/合成。空間功率合成結(jié)構(gòu)帶寬寬，結(jié)構(gòu)緊湊，是功率合成技術(shù)研究的重點(diǎn)之一。

目前，由于毫米波衛(wèi)星通信得到快速發(fā)展，工作于ka波段的功率合成放大器得到廣泛研究，一種尺寸緊湊的空間功率分配/合成器具有重大的研究?jī)r(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種ka波段同軸波導(dǎo)內(nèi)空間功率分配/合成器，具有較寬的工作頻帶、低插損，尺寸緊湊、結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種ka波段同軸波導(dǎo)內(nèi)空間功率分配/合成器，包括用于饋電的矩形波導(dǎo)-同軸波導(dǎo)tem模模式轉(zhuǎn)換器、輸入同軸波導(dǎo)以及置于該輸入同軸波導(dǎo)內(nèi)的由十六片或以上漸變槽線天線組成的陣列，所述矩形波導(dǎo)-同軸波導(dǎo)tem模模式轉(zhuǎn)換器由依次相連的輸入矩形波導(dǎo)、基于h-t分支功率分配器的一分四路功率分配網(wǎng)絡(luò)、模式轉(zhuǎn)換段、圓波導(dǎo)-同軸波導(dǎo)過(guò)渡段、輸出同軸波導(dǎo)組成，其中，所述矩形波導(dǎo)-同軸波導(dǎo)tem模模式轉(zhuǎn)換器的輸出同軸波導(dǎo)與輸入同軸波導(dǎo)相連，所述輸入同軸波導(dǎo)用于同軸波導(dǎo)信號(hào)的輸入，該輸入同軸波導(dǎo)內(nèi)的漸變槽線天線組成的陣列連接微帶，用于耦合同軸波導(dǎo)內(nèi)信號(hào)，最終通過(guò)微帶輸出。

所述一分四路功率分配網(wǎng)絡(luò)包括兩級(jí)h-t分支功率分配器，其中第一級(jí)h-t分支功率分配器的兩路輸出端經(jīng)過(guò)兩個(gè)e面90°拐角與第二級(jí)h-t分支功率分配器相連。

所述漸變槽線天線為采用雙面覆銅介質(zhì)板制作的平面寬帶天線。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

1、本發(fā)明提出一種在ka波段工作的同軸波導(dǎo)內(nèi)空間功率分配/合成器，相比于傳統(tǒng)二進(jìn)制結(jié)構(gòu)、行波結(jié)構(gòu)、徑向結(jié)構(gòu)的功率分配/合成器，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)更緊湊、合成效率更高的特性。

2、本發(fā)明采用全金屬波導(dǎo)饋電，避免采用sma連接器饋電，從而避免由于高頻帶來(lái)結(jié)構(gòu)尺寸小，阻抗變換設(shè)計(jì)難，加工精度要求高等難點(diǎn)。同時(shí)全波導(dǎo)結(jié)構(gòu)能減少損耗，提高的散熱特性。

3、本發(fā)明采用的矩形波導(dǎo)-同軸波導(dǎo)tem模模式轉(zhuǎn)換器，其中第一級(jí)h-t分支功率分配的兩路輸出端經(jīng)過(guò)兩個(gè)e面90°拐角與第二級(jí)h-t分支功率分配器相連，減少了直接采用一個(gè)h面90°拐角時(shí)的整體尺寸，使總體更為緊湊。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述ka波段同軸波導(dǎo)內(nèi)空間功率分配/合成器的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為基于h-t分支功率分配器的一分四路功率分配網(wǎng)絡(luò)示意圖。

圖3為矩形波導(dǎo)-同軸波導(dǎo)tem模模式轉(zhuǎn)換器中模式轉(zhuǎn)換段、圓波導(dǎo)-同軸波導(dǎo)過(guò)渡段和輸出同軸波導(dǎo)的組合結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為內(nèi)置有陣列的輸入同軸波導(dǎo)示意圖。

圖5為漸變槽線天線的正面示意圖。

圖6為漸變槽線天線的反面示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1至圖4所示，本實(shí)施例所提供的ka波段同軸波導(dǎo)內(nèi)空間功率分配/合成器，包括用于饋電的矩形波導(dǎo)-同軸波導(dǎo)tem模模式轉(zhuǎn)換器1、輸入同軸波導(dǎo)21以及置于該輸入同軸波導(dǎo)21內(nèi)的由十六片或以上漸變槽線天線22組成的陣列，所述矩形波導(dǎo)-同軸波導(dǎo)tem模模式轉(zhuǎn)換器1由依次相連的輸入矩形波導(dǎo)11、基于h-t分支功率分配器的一分四路功率分配網(wǎng)絡(luò)12、模式轉(zhuǎn)換段13、圓波導(dǎo)-同軸波導(dǎo)過(guò)渡段14、輸出同軸波導(dǎo)15組成，其中，所述矩形波導(dǎo)-同軸波導(dǎo)tem模模式轉(zhuǎn)換器1的輸出同軸波導(dǎo)與輸入同軸波導(dǎo)21相連，所述輸入同軸波導(dǎo)21用于同軸波導(dǎo)信號(hào)的輸入，該輸入同軸波導(dǎo)21內(nèi)的漸變槽線天線22組成的陣列連接微帶，用于耦合同軸波導(dǎo)內(nèi)信號(hào)，最終通過(guò)微帶輸出。

所述漸變槽線天線22是采用雙面覆銅介質(zhì)板制作的平面寬帶的天線，其最基本型為傳統(tǒng)維瓦爾迪的天線。

參見(jiàn)圖2所示，所述一分四路功率分配網(wǎng)絡(luò)12包括兩級(jí)h-t分支功率分配器，第一級(jí)h-t分支功率分配器121的兩路輸出端經(jīng)過(guò)兩個(gè)e面90°拐角122與第二級(jí)h-t分支功率分配器相連，第一級(jí)h-t分支功率分配器121用于基本的功率分配，e面90°拐角122用于連接第一級(jí)h-t分支功率分配器和第二級(jí)h-t分支功率分配器，以減少整體尺寸。

參見(jiàn)圖5所示，圖中陰影部分為漸變槽線天線22的金屬面，扇形末端221用于改善饋電耦合，增加帶寬。

參見(jiàn)圖6所示，圖中陰影部分為微帶的饋電金屬面，四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器222用于阻抗匹配，可用漸變微帶線等阻抗變換器替代，微帶輸出端口223用于信號(hào)的輸出。

本實(shí)施例上述ka波段同軸波導(dǎo)內(nèi)空間功率分配/合成器在用作功率分配器時(shí)，通過(guò)輸入矩形波導(dǎo)11輸入信號(hào)，矩形波導(dǎo)-同軸波導(dǎo)tem模模式轉(zhuǎn)換器1把矩形波導(dǎo)te10模信號(hào)轉(zhuǎn)換成同軸波導(dǎo)tem模信號(hào)，利用tem模信號(hào)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱特性，在輸入同軸波導(dǎo)21內(nèi)繞軸對(duì)稱均勻放置十六片或以上漸變槽線天線22，該十六片或以上漸變槽線天線22組成陣列，tem模信號(hào)能量耦合到陣列再轉(zhuǎn)換到微帶輸出與有源放大器相接，實(shí)現(xiàn)十六路功率分配。當(dāng)ka波段同軸波導(dǎo)內(nèi)空間功率分配/合成器在用作功率合成器時(shí)，為上述逆過(guò)程。

以上所述實(shí)施例只為本發(fā)明之較佳實(shí)施例，并非以此限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。