CN114122661A - 镜像功率合成/分配网络 - Google Patents
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Abstract
镜像功率合成/分配网络，包括类双脊波导外腔，类双脊波导外腔顶面设有开口，盖板封住开口；盖板上设有内导体，内导体上的同轴馈线与连接器I的连接；内导体上，与同轴馈线同轴设有内导体阻抗变换段；类双脊波导外腔底面设有与同轴馈线对应的圆形开口；类双脊波导外腔空腔内，类双脊波导外腔底面与圆形开口同轴设有环形阶梯状的类双脊波导下导体台阶；在类双脊波导外腔腔内，绕圆心设有若干设有微带腔槽，其内还设有类双脊波导短路变换段，与微带腔槽连通；微波介质基片包括环形的基片短路渐变段和均匀沿着圆周分布在其上的微带线，微带线位于微带腔槽内，在类双脊波导外腔圆周***均匀设有若干连接器II，连接器II与微带线连接。
Description
技术领域
本发明涉及通讯技术领域，具体涉及一种6～18GHZ镜像功率合成/分配网络。
背景技术
功率放大器是微波电子***的重要部件，功率放大器的性能会直接影响装备的战术的性能。一般来说单器件的功率输出能力随工作频率升高会迅速降低，为满足电子装备要求，需提升功率输出能力。一方面，增加单个固态器件的输出功率，可替代行波管等真空器件，实现体积小、重量轻、成本低、可靠性高等特性；另一方面，采用低损耗、高功率容量的合成结构，功率合成行波管、速调管等真空器件的输出功率，可满足千瓦乃至兆瓦量级的高功率应用。因此，功率合成技术是当前***的研究热点，特别是超大规模功率合成技术是当前的研究热点。
功率合成的经过很多年的发展，现在已经发展出很多形式的分类，常见的分类方式有:芯片式功率合成；电路式功率合成；空间功率合成；混合型功率合成等。
芯片级功率合成：在芯片层级进行功率合成，受制于芯片的工艺条件、体积等因素，虽然伴随者三代半导体技术的发展，单个芯片的输出功率已经从以前的几十毫瓦发展成现在的单片输出几十瓦，但是离***的需求还是有巨大的差距。
电路式功率合成：该合成方式灵活多样，具有不同的实现形式，但在高功率、超倍频程带宽应用中存在一些技术难点，合成的功率在低频段可以达到KW级甚至MW级。
空间功率合成：利用空间电磁波到达相位叠加的原理进行幅度的合成，该种合成方式的主要优点是具有合成路数任意，可是实现超大功率的合成；
混合型功率合成：将芯片级合成、电路级合成、空间合成综合运用发展起来的功率合成技术，灵活多样，综合运用多种合成方式的优点，实现***的超大功率合成。
镜像功率合成属于电路合成和空间功率合成的结合体，尤其适用于路数任意、宽带、超宽带功率合成。超大规模合成技术的难点在于基于传统的二进制合成，随着合成路数的增加，每一级合成都将引入一级的附加损耗，造成合成效率急剧下将，特别是在超宽带、宽带应用时由于多级功率合成网络的叠加效应，带内某些点会出现相位的叠加或者抵消，出现局部损耗恶化，常常会带来极大的损耗，从而导致输出功率急剧降低，***效率恶化，整个***热量累计进而对***的可靠性产生严重的影响。
传统的6～18GHz镜像功率合成/分配网络主要是将同轴线通过阻抗变换，将同轴线的径向尺寸扩大以实现多芯片的合成，该种结构形式极难加工，需要将同轴线的沿长度方向剖分为合成路数的份数，而后再将所有的扇形块结合在一起，其结构本身具有如下几个特点：
1)加工困难，对材料要求极高，价格昂贵；
2)圆形结构，需要将散热器紧贴于圆形表面，完全是圆周散热，散热能力有限，无法实现更大功率的合成；
3)集成模块几乎无法单独测试，后期维护较为困难；
4)加工精度要求高，无法采用印制电路的加工精度高的特点。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种镜像功率合成/分配网络，解决现有技术中的问题。
本发明的目的主要通过以下技术方案实现：
镜像功率合成/分配网络，包括连接器I、内导体、类双脊波导外腔，类双脊波导外腔内部为空腔，其顶面设有开口，盖板封住类双脊波导外腔顶部的开口；盖板上设有内导体，内导体上的同轴馈线与连接器I的连接；内导体上，与同轴馈线同轴设有内导体阻抗变换段；类双脊波导外腔底面设有与同轴馈线对应的圆形开口；类双脊波导外腔空腔内，类双脊波导外腔底面与圆形开口同轴设有环形阶梯状的类双脊波导下导体台阶；在类双脊波导外腔腔内，绕圆心均匀设有若干设有微带腔槽，类双脊波导外腔内还设有类双脊波导短路变换段，其与微带腔槽连通；
微波介质基片包括环形的基片短路渐变段和均匀沿着圆周分布在基片短路渐变段上的微带线，微带线位于微带腔槽内，在类双脊波导外腔圆周***均匀设有若干连接器II，连接器II与微带线一一对应连接。
作为一种优选技术方案，内导体阻抗变换段至少两段，且相邻的两段内导体阻抗变换段，由内到外，形成降阶。
作为一种优选技术方案，类双脊波导下导体台阶至少两段，且相邻的两段类双脊波导下导体台阶，由内到外，形成升阶。
作为一种优选技术方案，类双脊波导短路变换段与类双脊波导下导体台阶之间设有环形限位壁，微波介质基片的内环面抵住环形限位壁。
作为一种优选技术方案，类双脊波导短路变换段上设有若干通孔，通过通孔的方式将微波介质基片的正面导体连接到类双脊波导的脊上实现脊波导的转变。作为一种优选技术方案，，在基片短路渐变段紧邻微带线处两脊设有基片阻抗变换段。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)超宽带、倍频程工作：本功率合成网络可以实现6～18GHz全频段覆盖工作；
(2)超低***损耗：采用同轴结构&双脊波导阶梯变换结构，实现超低的***损耗；
(3)便利的芯片集成：过渡段将双脊波导阶梯变换结构直接变换为便于与芯片集成的微带线结构，直接与芯片集成。
(4)导热面位于类双脊波导外腔底面，热交换面非常好设计。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的***图；
图2为本发明的剖视图；
图3为微波介质基片的结构示意图；
图4为类双脊波导外腔的结构示意图；
图5为盖板的结构示意图；
图6为本发明图径向仿真模型；
图7为本发明径向仿真结果(***损耗)；
图8为本发明公共端回波损耗仿真结果；
其中，附图标记如下所示：
1-类双脊波导外腔，101-类双脊波导下导体台阶I，102-类双脊波导下导体台阶II，103-类双脊波导下导体台阶III，104-类双脊波导短路变换段，105-微带腔槽，2-盖板，3-微波介质基片，301-基片短路渐变段，302-微带线，303-基片阻抗变换段，4-同轴连接器I，5-同轴连接器II，6-内导体，601-内导体阻抗变换段I，602-内导体阻抗变换段II，603-内导体阻抗变换段III，7-同轴馈线，8-热交换平板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1所示，镜像功率分配/合成网络，包括同轴连接器I、盖板、内导体、类双脊波导外腔。类双脊波导外腔内部为空腔，其顶面设有圆形开口，盖板封住类双脊波导外腔顶部的圆形开口。
在类双脊波导外腔底面与输入端连接器之间设有热交换平板，类双脊波导外腔底面为圆形平面。
在盖板底面设有一体成型的内导体，内导体底面圆心处设有同轴馈线，其与同轴连接器I的插针焊接。具体的说，类双脊波导外腔底面设有圆形开口，热交换平板上设有避让口。同轴连接器I的插针与同轴馈线通过热交换平板上的避让口及类双脊波导外腔的圆形开口连接。
如图5所示，内导体底面上紧邻同轴馈线从内到外依次形成逐渐降阶的环形阶梯，分别为内导体阻抗变换段I、内导体阻抗变换段II、内导体阻抗变换段III。内导体阻抗变换段I、内导体阻抗变换段II、内导体阻抗变换段III皆用于将电磁场同轴结构渐变为波导结构形式的场结构。
如图4所示，类双脊波导外腔空腔内，类双脊波导外腔底面圆形开口处从内到外依次设有逐渐升阶的环形阶梯状的类双脊波导下导体台阶I、类双脊波导下导体台阶II、类双脊波导下导体台阶III。
本实施例中，所述类双脊波导腔体正是由内导体的阻抗变换段配合类双脊波导外腔的类双脊波导下导体台阶形成的，如图2所示。
在类双脊波导外腔腔内，绕圆心均匀设有若干设有50欧姆微带腔槽，类双脊波导外腔内还设有环形的类双脊波导短路变换段，且其与50欧姆微带腔槽连通。类双脊波导短路变换段与类双脊波导下导体台阶III之间设有环形限位壁，微波介质基片的内环面抵住环形限位壁，实现微波介质基片限位，且使得接触短路。
作为一种优选方式，类双脊波导短路变换段采用微波印制板技术，用通孔的方式将微波介质基片的正面导体连接到类双脊波导的脊上实现脊波导的转变。
具体的说，如图3所示，微波介质基片包括环形的基片短路渐变段和均匀沿着圆周分布在基片短路渐变段上的50欧姆微带线。50欧姆微带线为位于50欧姆微带腔槽内。50欧姆微带腔槽用作屏蔽。在类双脊波导外腔圆周***均匀设有若干同轴连接器II，同轴连接器II与50欧姆微带线一一对应连接。在基片短路渐变段紧邻微带线处两脊设有基片阻抗变换段，波导低阻抗变换为微带线的高阻抗变换。
本发明的仿真结果如图6～8所示，设计结果表明：
在6～18GHz频段范围内，该合成网络的输入回波损耗大于20dB，径向功率分配器的***损耗在11.9～12.2dB范围内，与理论损耗相当(0*log(16)＝12)，达到设计目标。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和逻辑原则之内的，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.镜像功率合成/分配网络，其特征在于，包括连接器 I、内导体、类双脊波导外腔，类双脊波导外腔内部为空腔，其顶面设有开口，盖板封住类双脊波 导外腔顶部的开口；盖板上设有内导体，内导体上的同轴馈线与连接器 I 的连接；内导体上，与同轴馈线同轴设有内导体阻抗变换段；类双脊波导外腔底面设有与同轴馈线对应的圆形开口；类双脊波导外腔空腔内，类双脊波导外腔底面与圆形开口同轴设有环形阶梯状的类双脊波导下导体台阶；在类双脊波导外腔腔内，绕圆心均匀设有若干设有微带腔槽，类双脊波导外腔内还设有类双脊波导短路变换段，其与微带腔槽连通；
微波介质基片包括环形的基片短路渐变段和均匀沿着圆周分布在基片短路渐变段上的微带线，微带线位于微带腔槽内，在类双脊波导外腔圆周***均匀设有若干连接器 II，连接器 II 与微带线一一对应连接。
2.根据权利要求 1 所述的镜像功率合成/分配网络，其特征在于，内导体阻 抗变换段至少两段，且相邻的两段内导体阻抗变换段，由内到外，形成降阶。
3.根据权利要求 1 所述的镜像功率合成/分配网络，其特征在于，类双脊波导下导体台阶至少两段，且相邻的两段类双脊波导下导体台阶，由内到外，形成升阶。
4.根据权利要求 1 所述的镜像功率合成/分配网络，其特征在于，类双脊波导短路变换段与类双脊波导下导体台阶之间设有环形限位壁，微波介质基片的内环面抵住环形限位壁。
5.根据权利要求 1 所述的镜像功率合成/分配网络，其特征在于，类双脊波导短路变换段上设有若干通孔，通过通孔的方式将微波介质基片的正面导体连接到类双脊波导的脊上实现脊波导的转变。
6.根据权利要求 1 所述的镜像功率合成/分配网络，其特征在于，在基片短路渐变段紧邻微带线处两脊设有基片阻抗变换。
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|---|---|---|---|---|
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