CN113161709B - 宽带毫米波混合波导魔t功分器/合成器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种宽带毫米波混合波导魔T功分器/合成器，涉及毫米波通讯设备和无线电放大器技术领域。本发明通过下述技术方案予以实现：在隔离波导的矩形腔内镶嵌有通过薄膜电阻相连的锲形鳍线，以及位于介质基板上的倒Y开口缝中的梯形杯座探针，薄膜电阻通过薄膜工艺刻蚀在介质基板上，梯形杯座探针坐落在两个对称波导匹配柱台阶体之间的插槽内，一体化匹配集成为魔T隔离支路；射频信号通过输入标准矩形波导口输入标准矩形主波导，经固定在两个匹配台阶之间的梯形杯座探针所组成的匹配结构分成左右两路信号，进入减高矩形分支波导，并输出标准矩形波导口输出射频信号。

Description

宽带毫米波混合波导魔T功分器/合成器
技术领域
本发明涉及微波通信技术领域一种主要用于毫米波通讯设备和无线电放大器技术领域的宽带毫米波混合波导魔T功分器/合成器。
背景技术
近年来，随着卫星通信技术的迅速发展，通信频段已从常用的Ka频段向更高的QV频段拓展，毫米波功率放大器作为射频信号放大器件，在毫米波通讯***上行发射链路中具有重要作用。随着第三代半导体技术日趋发展成熟，功放芯片的单片输出功率也日益增大，但仍然无法满足毫米波卫星通讯、电子对抗等领域对百瓦、千瓦级大功率功放的需求，因此需要采用功率合成技术对多个放大器的输出信号进行合成，从而得到更大的输出功率。
功率合成从物理结构上可分为平面型、波导型和准光型功率合成，由于平面电路在毫米波频段的损耗大以及准光功率合成的辐射损耗过大等原因，导致这两种合成方式在毫米波频段的合成效率较低，在获得高输出功率的同时会损失过大的功率，相较于平面型和准光型功率合成，波导型功率合成在毫米波频段损耗小、结构紧凑、可合成路数大、散热效果好，因此，广泛应用于毫米波频段的高效率大功率功率合成。
功分器/合成器作为功率合成放大器的关键电路，直接决定了功率合成放大器的合成效率。常用的波导结构功分器/合成器主要有波导E/H-T型结、环形电桥、波导分支电桥、魔T等，波导E/H-T型结功分器/合成器由于结构简单易加工，在毫米波功率合成中使用最广。然而，波导E/H-T型结功分器/合成器是无耗三端口网络，无法实现所有端口的匹配，且两输出/合成端口之间无隔离，容易造成***的不稳定，特别是在功放芯片稳定性较差的情况下，容易造成功率合成放大器的自激。因此，需采用环形电桥、波导分支电桥、魔T等输出/合成端口间有隔离的功分/合成网络改善功率合成放大器的稳定性。波导分支电桥这种合成结构的每一级都由不同的耦合度的耦合器实现，由于两路功率合成效率与耦合器本身的损耗和级间传输线的损耗有关，且随着合成级数的增加，耦合器耦合量减弱，以致加工精度得不到保证。相较于环形电桥、波导分支电桥，魔T在毫米波频段有着更高的功率容量，可实现更大功率的功率合成。传统的波段魔T功分/合成器多采用椎体、销钉或膜片等匹配结构，不仅加工难度大，而且对装配精度要求高，匹配带宽较窄，无法满足毫米波宽带功率合成的需求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种尺寸小、结构简单、易加工装配，具有隔离度高、工作带宽宽的宽带毫米波混合波导魔T功分器/合成器，以满足毫米波宽带功率合成的需求。
为了实现上述目的，本发明提出的一种宽带毫米波混合波导魔T功分器/合成器，包括：减高矩形分支波导4，标准矩形主波导3，以及隔离波导5，其特征在于：减高矩形分支波导4与标准矩形主波导3互相垂直，构成三端口T形波导结构，隔离波导5与该三端口T形波导结构垂直，在隔离波导5的矩形腔内镶嵌有通过薄膜电阻10对称相连的锲形鳍线9，以及位于介质基板7上的倒Y开口缝中的梯形杯座探针8，薄膜电阻10通过薄膜工艺刻蚀在介质基板7上，所述梯形杯座探针8坐落在减高矩形分支波导4腔体下端面的两个对称波导匹配柱台阶体6之间的插槽内，一体化匹配集成为魔T隔离支路；射频信号通过上述三端口T形波导的标准矩形波导口1进入标准矩形主波导3，经固定在两个匹配台阶6之间的梯形杯座探针8所组成的匹配结构，分成左右两路信号，进入减高矩形分支波导4，并从输出标准矩形波导口2输出射频信号。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
尺寸小、结构简单、易加工装配。本发明采用垂直于减高矩形分支波导4长度方向的标准矩形主波导3构成的三端口T形波导，以及位于减高矩形分支波导4水平平面上，垂直于减高矩形分支波导4上的隔离波导5，有效地减小了功分器尺寸。相比于传统的椎体、销钉或膜片等匹配结构，在保证加工装配精度的同时结构简单、不仅体积小、魔T结构简单、结构紧凑，性能优良。装配简单，易于加工装配，便于吸收负载的装配和薄膜电阻10的安装，而且可一体化加工成型，实现宽带的阻抗匹配，还能与隔离端口集成。克服传统波导魔T的三维体积较大，调配元件较复杂，装配难度较大等缺陷，可满足毫米波宽带高隔离功率合成网络、相控阵馈电网络和多通道接收机等的应用需求。
隔离度高、工作带宽宽。本发明采用介质基板7、梯形杯座探针8与匹配台阶6的匹配结构和锲形鳍线9和薄膜电阻10相结合的匹配隔离支路方式，不仅实现了隔离支路的宽带阻抗匹配，完成了匹配加隔离的一体化集成，而且采用矩形波导到锲形鳍线9的隔离支路过渡结构实现一体化集成魔T。仿真优化结果表明，在27.0GHz-34.0GHz范围内输入端口的回波损耗为20dB左右，相对带宽达到23％，输出端口隔离度在26.1GHz～36.0GHz频率范围内大于20dB，隔离相对带宽大于32.2％，表现出良好的隔离效果，在宽带高隔离度功分器方面有较好的应用。
本发明魔T的端口性能良好，主要用于毫米波功率合成***、阵列天线、多通道接收机等，适用于毫米波通讯设备和无线电放大器技术等领域。
附图说明
下面结合附图对本本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明提出的宽带毫米波混合波导魔T功分器/合成器结构示意图；
图2是图1的三维剖视示意图；
图3是图2的腔体型面示意图；
图4是图1的S参数仿真曲线；
图5是图1的输出端口隔离和输入输出驻波的仿真曲线。
图中：1输入标准矩形波导口，2输出标准矩形波导口，3标准矩形主波导，4减高矩形分支波导，5隔离波导，6匹配台阶，7介质基板，8梯形杯座探针，9锲形鳍线，10薄膜电阻。
下面结合附图和实施例来说明本发明。
具体实施方式
参阅图1-图3。在以下描述的优选实施例中，一种宽带毫米波混合波导魔T功分器/合成器，包括：减高矩形分支波导4，标准矩形主波导3，以及隔离波导5，减高矩形分支波导4与标准矩形主波导3互相垂直，构成三端口T形波导结构，隔离波导5与该三端口T形波导结构垂直。在隔离波导5的矩形腔内镶嵌有通过薄膜电阻10对称相连的锲形鳍线9，以及位于介质基板7上的倒Y开口缝中的梯形杯座探针8，薄膜电阻10通过薄膜工艺刻蚀在介质基板7上，所述梯形杯座探针8坐落在减高矩形分支波导4腔体下端面的两个对称波导匹配柱台阶体6之间的插槽内，一体化匹配集成为魔T隔离支路；射频信号通过上述三端口T形波导的标准矩形波导口1进入标准矩形主波导3，经固定在两个匹配台阶6之间的梯形杯座探针8所组成的匹配结构，分成左右两路信号，进入减高矩形分支波导4，并从输出标准矩形波导口2输出射频信号。
介质基板7垂直于减高矩形分支波导4腔体底板的宽边，并反向标准矩形主波导3侧偏离于隔离波导5的宽边中心线，波导匹配柱台阶体6对称分布在介质基板7的两侧且不和减高矩形分支波导4的窄边相接。
薄膜电阻10通过薄膜工艺刻蚀在介质基板7上。
介质基板7垂直于减高矩形分支波导4的宽边，并反向标准矩形主波导3侧，偏离于隔离波导5的宽边中心线。
薄膜电阻10连接于锲形鳍线9交接处，锲形鳍线9不与隔离波导5的短路波导面相接。
匹配台阶6对称分布在介质基板7的两侧且不和减高矩形分支波导4的窄边相接。
参阅图4、图5。由频率响应曲线可知在27.0GHz-34.0GHz范围内输入端口的回波损耗为20dB左右，相对带宽达到23％，输出端口隔离度在26.1GHz～36.0GHz频率范围内大于20dB，隔离相对带宽大于32.2％，输出端口驻波在27.3GHz～32.7GHz频率范围内均大于20dB。
本发明的范围并不局限于所描述的具体技术方案。对上述这些实施例的多种修改，对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本发明所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。任何对所描述的具体技术方案中的技术要素进行相同或等同替换获得的技术方案或本领域技术人员在所描述的具体技术方案的基础上不经过创造性劳动就可以获得的技术方案，都应当视为落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种宽带毫米波混合波导魔T功分器/合成器，包括：减高矩形分支波导(4)，标准矩形主波导(3)，以及隔离波导(5)，其特征在于：减高矩形分支波导(4)与标准矩形主波导(3)互相垂直，构成三端口T形波导结构，隔离波导(5)与该三端口T形波导结构垂直，在隔离波导(5)的矩形腔内镶嵌有通过薄膜电阻(10)对称相连的锲形鳍线(9)，以及位于介质基板(7)上的倒Y开口缝中的梯形杯座探针(8)，薄膜电阻(10)通过薄膜工艺刻蚀在介质基板(7)上，所述梯形杯座探针(8)坐落在减高矩形分支波导(4)腔体下端面的两个对称波导匹配柱台阶体(6)之间的插槽内，一体化匹配集成为魔T隔离支路；射频信号通过上述三端口T形波导的标准矩形波导口(1)进入标准矩形主波导(3)，经固定在两个匹配柱 台阶体 (6)之间的梯形杯座探针(8)所组成的匹配结构，分成左右两路信号，进入减高矩形分支波导(4)，并从输出标准矩形波导口(2)输出射频信号。
2.根据权利要求1所述的宽带毫米波混合波导魔T功分器/合成器，其特征在于：介质基板(7)垂直于减高矩形分支波导(4)腔体底板的宽边，并反向标准矩形主波导(3)侧偏离于隔离波导(5)的宽边中心线，波导匹配柱台阶体(6)对称分布在介质基板(7)的两侧且不和减高矩形分支波导(4)的窄边相接。
3.根据权利要求1所述的宽带毫米波混合波导魔T功分器/合成器，其特征在于：介质基板(7)垂直于减高矩形分支波导(4)的宽边，并反向标准矩形主波导(3)侧，偏离于隔离波导(5)的宽边中心线。
4.根据权利要求1所述的宽带毫米波混合波导魔T功分器/合成器，其特征在于：薄膜电阻(10)连接于锲形鳍线(9)交接处，锲形鳍线(9)不与隔离波导(5)的短路波导面相接。
5.根据权利要求1所述的宽带毫米波混合波导魔T功分器/合成器，其特征在于：匹配柱台阶体 (6)对称分布在介质基板(7)的两侧且不和减高矩形分支波导(4)的窄边相接。
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