一種基于有耗網(wǎng)絡(luò)的波導(dǎo)徑向多路功率合成器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001 ]本發(fā)明涉及微波毫米波技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及毫米波功率合成技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
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[0002]隨著微波毫米波微電子技術(shù)在系統(tǒng)應(yīng)用的深入開展，微波毫米波全固態(tài)高功率發(fā)射系統(tǒng)已成為現(xiàn)代先進(jìn)微波毫米波通信和雷達(dá)的標(biāo)志。通常，微波毫米波高功率獲取主要有兩個(gè)途徑:真空電子功率器件和固態(tài)功率器件。電真空器件包括傳統(tǒng)的調(diào)速管和行波管功率放大器，它們雖然可以提供高功率的輸出，但工藝上實(shí)現(xiàn)難度較大，不能批量生產(chǎn)，而且工作電壓很高(數(shù)十千伏)，體積大，可靠性低，壽命短，線性度低。以上缺點(diǎn)限制了電真空器件在微波毫米波領(lǐng)域的應(yīng)用。固態(tài)器件供電電壓低，可靠性高，體積小，重量輕，使用方便，所以固態(tài)器件的應(yīng)用日益廣泛。但相對(duì)于電真空器件，雖然工藝，材料和設(shè)計(jì)水平在不斷發(fā)展，單個(gè)固態(tài)器件的輸出功率依然有限，而且散熱問題，阻抗匹配問題的限制，使其單獨(dú)應(yīng)用常常達(dá)不到指標(biāo)要求，因而通常采用多個(gè)器件，利用功率合成技術(shù)，從而達(dá)到大功率輸出的目的。
[0003]近年來，微波毫米波的功率合成技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，各種功率分配合成電路相繼被提出并應(yīng)用。傳統(tǒng)的功率合成電路有Wi Ikinson功分器、Lange親合器和分支線親合器等，這些傳統(tǒng)的合成/分配電路由于屬于多級(jí)合成電路，且隨著合成路數(shù)增加合成效率迅速降低，在高合成效率的場(chǎng)合已經(jīng)不能滿足實(shí)際需要。為了解決合成效率低的問題，各種新型的功率合成技術(shù)不斷涌現(xiàn)，其中自由空間波的功率合成以及準(zhǔn)光空間功率合成得到了廣泛的研究與發(fā)展。自由空間功率合成技術(shù)僅適合于在空間功率需求點(diǎn)獲取高功率，這類技術(shù)不便于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)接口的固態(tài)高功率輸出，不利于系統(tǒng)應(yīng)用推廣;可實(shí)現(xiàn)具有標(biāo)準(zhǔn)輸出口的準(zhǔn)光空間功率合成技術(shù)也面臨合成能量收集效率低下，合成網(wǎng)絡(luò)中高次模式影響，合成網(wǎng)絡(luò)頻率帶寬窄，輻射損耗等問題。因此，在九十年代基于波導(dǎo)的空間功率合成技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生?；诓▽?dǎo)的空間功率合成技術(shù)合成效率較高，帶寬比較寬，能有效的防止輻射損耗，具有良好的散熱性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，較好地彌補(bǔ)了準(zhǔn)光功率合成技術(shù)和自由空間功率合成技術(shù)的不足。同時(shí)，它可以不受工作頻率及波導(dǎo)尺寸的限制，工作于微波、毫米波以及更高的亞毫米波頻段，有效地解決了在更高頻段實(shí)現(xiàn)高功率輸出的難題。
[0004]波導(dǎo)結(jié)構(gòu)具有低損耗和大功率容量的特點(diǎn)，所以在高功率微波系統(tǒng)和毫米波系統(tǒng)中，波導(dǎo)的功分/合成電路有著無可替代的作用。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的功分/合成電路(例如Wilkinson功分器、分支線耦合器等)相比，有著無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。徑向波導(dǎo)合成器采用多路波導(dǎo)徑向構(gòu)架，可在一級(jí)波導(dǎo)電路中實(shí)現(xiàn)多路合成，具有低損耗、多支路特點(diǎn)，并可具有高功率容量特性，是一種微波毫米波多路高效率高功率合成網(wǎng)。常采用的徑向波導(dǎo)功率合成器多為無耗結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)多路低損耗合成性能，但由于無耗網(wǎng)絡(luò)的固有缺點(diǎn)，該種合成器不能得到良好的支路端口匹配和較高的支路隔離。將這種合成器用于多路固態(tài)功率合成電路中時(shí)，較差的端口匹配勢(shì)必導(dǎo)致各支路放大單元穩(wěn)定性問題；同時(shí)較低支路隔離度將惡化故障弱化性能(graceful degradat1n characteristics)。
[0005]本發(fā)明提出了一種新型的徑向構(gòu)架功率合成器，該合成器在傳統(tǒng)徑向波導(dǎo)合成器構(gòu)架基礎(chǔ)上，采用了新型的有耗平面?zhèn)鬏斁€，提高了支路端口駐波和端口隔離度，可用于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的微波毫米波多路高效率高功率合成。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0006]鑒于現(xiàn)有技術(shù)上的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是實(shí)現(xiàn)一種基于徑向構(gòu)架的多路波導(dǎo)功率合成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)良好的支路端口匹配和較高的支路隔離度。
[0007]圖1為本發(fā)明整體模型圖，圖2為剖面圖。如圖1、2所示，本發(fā)明所述的功率合成器中其徑向構(gòu)架主要包括:一段位于中心位置的一端短路的圓波導(dǎo);位于圓波導(dǎo)短路端的階梯短路面;靠近圓波導(dǎo)短路端，并以圓波導(dǎo)軸心為軸而徑向?qū)ΨQ排列的N路矩形波導(dǎo);在圓波導(dǎo)內(nèi)靠近短路端位置處，以圓波導(dǎo)軸心為軸徑向?qū)ΨQ排列N路有耗平面?zhèn)鬏斁€。由矩形波導(dǎo)口饋入的N路幅度相等、相位相同的矩形波導(dǎo)TElO模式信號(hào)經(jīng)本發(fā)明所述功率合成器后，由圓波導(dǎo)端口合成輸出，輸出模式為圓波導(dǎo)TEOl模。
[0008]在本發(fā)明所述的合成器(如圖1和圖2所示)中，N路按軸對(duì)稱徑向排列的矩形波導(dǎo)尺寸相同；一端伸向圓波導(dǎo)軸心并在圓波導(dǎo)壁處與圓波導(dǎo)相連，在連接處兩兩相鄰的矩形波導(dǎo)寬邊共用；另一端向四周徑向?qū)ΨQ延伸，且窄邊高度從bo逐漸增加并達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)高度b，便于與標(biāo)準(zhǔn)尺寸的矩形波導(dǎo)相連，形成多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)支路。隨著支路數(shù)N的增加，在連接處矩形波導(dǎo)的高度將減小，并具有如下關(guān)系:Nbp 2JIR，其中，R為圓波導(dǎo)半徑。
[0009]在本發(fā)明所述的合成器中，按軸對(duì)稱徑向排列的N路有耗平面?zhèn)鬏斁€(如圖3)具有相同的結(jié)構(gòu)、尺寸和構(gòu)成材料，其一端與兩兩相鄰矩形波導(dǎo)公共寬邊相連接，另一端伸向圓波導(dǎo)軸心，但未與階梯短路面連接。徑向排列的有耗傳輸線用于提高各矩形波導(dǎo)支路端口駐波和各支路間的隔離度。有耗傳輸線的條帶寬度w和長(zhǎng)度I可通過電磁場(chǎng)仿真優(yōu)化得到。
[0010]在本發(fā)明所述的合成器中，矩形波導(dǎo)E面與圓波導(dǎo)軸向相互垂直，矩形波導(dǎo)工作于TElO模式，圓波導(dǎo)工作于TEOl模式。有耗平面?zhèn)鬏斁€位于共用寬邊中心位置，能量傳輸方向和矩形波導(dǎo)類似，沿徑向傳輸;而圓波導(dǎo)內(nèi)能量沿其軸向傳輸，與前兩者方向正交。
[0011 ]在本發(fā)明所述的功率合成器中，圓波導(dǎo)短路端處的階梯短路面用以實(shí)現(xiàn)圓波導(dǎo)口的良好匹配，該階梯短路面結(jié)構(gòu)和形狀可通過電磁場(chǎng)仿真優(yōu)化得到。
[0012]本發(fā)明所述的功率合成器特點(diǎn)在于:(I)合成支路數(shù)目多，理論上可通過增加圓波導(dǎo)半徑R以及減小連接處矩形波導(dǎo)高度bo實(shí)現(xiàn)更多支路數(shù)N的功率合成器；(2)低損耗，多路功率合成由一級(jí)金屬波導(dǎo)電路網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，且圓波導(dǎo)TEOl波本身具有低損耗傳輸特性；(3)高功率容量，通常金屬波導(dǎo)的功率容量高于其他集成傳輸線，且圓波導(dǎo)TEOl模式具有極高功率容量特性；(4)良好的支路端口匹配；(5)較高的支路端口隔離度。后兩者是由于采用了有耗平面?zhèn)鬏斁€，提高了支路端口駐波和端口間隔離度，可用于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的微波毫米波多路高效率高功率合成。
[0013]以下將結(jié)合附圖和實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
【附圖說明】
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[0014]圖1是本發(fā)明所述功率合成器及實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖2是本發(fā)