CN114256580A - 一种基于新型t波导的功率分配/合成器 - Google Patents

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詹铭周
刘亚倩
马元波
王磊
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    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port

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Abstract

本发明属于毫米波功率合成技术领域，具体提供一种基于新型T波导的功率分配/合成器，以适用于宽带毫米波大功率的波导多路功率分配/合成领域。本发明包括：n级180°波导功分器、及2n+1个波导‑微带过渡结构，n级180°波导功分器采用二进制结构级联，180°波导功分器采用T字型波导构成，波导‑微带过渡结构设置于T字型波导主模的电磁场波峰处。本发明相比于传统结构，T波导的单模传输带宽比矩形波导更宽，在同一工作频率下，T波导的尺寸比矩形波导小、结构更加紧凑，T波导比双脊波导具有更低的损耗与更好的电路可实现性；综上，本发明提供的基于新型T波导的功率分配/合成器尤其适用于宽带毫米波大功率合成领域。

Description

一种基于新型T波导的功率分配/合成器
技术领域
本发明属于毫米波功率合成技术领域，涉及功率分配/合成器，具体提供一种基于新型T波导的功率分配/合成器。
背景技术
随着电磁频谱资源的不断开发，毫米波因具有分辨率高、信息容量大、抗干扰性好、可利用频谱范围宽等特点，已成为雷达、通信、导航等领域的研究热点，具有巨大的应用价值和市场应用前景。毫米波功率放大器是毫米波***中的重要组成部分，它的输出功率对***性能有着重要影响；通常，毫米波高功率放大器主要有两种形式：真空电子管功率放大器与固态功率放大器；相比真空电子管功率放大器，固态功率放大器具有更大的带宽、更好的线性度，且结构简单，在尺寸、重量和低电压电源要求等方面都可以提高几个数量级，但是受限于现有半导体物理器件的特性，单个固态器件的功率水平有限。因此，为了实现大功率输出，功率合成技术与多个固态功率放大器相结合成为一种有效方式。
利用功率合成技术将一路信号分为若干路分别放大后，再将放大后的多路信号合成输出，从而实现输出功率的倍增；在高功率合成技术中，最为关键的是需要多路、宽带、低损耗和高功率容量的单模导波传输***及基于导波***的各类微波元件，例如功分器，合成器，微带到波导过渡等，一般情况下微波元件的单模带宽小于导波***的单模带宽。因此，提升宽带的前提是研究新型的单模导波传输***。
空心金属导波***在高频段宽带、低损耗功率合成中具有优势，目前空心金属导波***主要采用矩形波导与脊波导实现；采用矩形波导能够实现全波导带宽，相对带宽大约40％，例如Ku频段(12-18GHz)；若采用双脊波导，能实现6-18GHz带宽。以矩形波导为基础宽带微波毫米波大功率合成器，结构简单，但带宽受限于其单模带宽；双脊波导具有宽带特性，但是结构不便加工，功率处理能力较差且损耗较大；基于此，本发明提供一种基于新型T波导的功率分配/合成器。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于新型T波导的功率分配/合成器，以适用于宽带毫米波大功率的波导多路功率分配/合成领域。本发明提供一种新型T波导结构，其单模工作带宽比矩形波导更大、同一工作频率下相比矩形波导具有更紧密的尺寸，相比双脊波导结构更加简单、易于加工且加工损耗更小；并基于该新型T波导结构以二进制合成的方式构成功率分配/合成器。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于新型T波导的功率分配/合成器，包括：n级180°波导功分器、及2n+1个波导-微带过渡结构，所述n级180°波导功分器采用二进制结构级联，所述波导-微带过渡结构对应连接于1个功率合成端口与2n个功率分配端口，n为≥2的正整数；其特征在于，所述180°波导功分器采用T字型波导构成，所述波导-微带过渡结构设置于T字型波导主模的电磁场波峰处。
进一步的，所述T波导-微带过渡结构为E面微带探针结构。
进一步的，所述180°波导功分器中设置有电阻隔膜、位于180°波导功分器主传输T字型波导分支口的H面中心处，用于提高180°波导功分器的两个输出端口的隔离度。
进一步的，所述基于新型T波导的功率分配/合成器作为分配器工作时，TEM模信号通过波导-微带过渡结构在T字型波导内激励起TE10模信号，信号通过n级180°波导功分器分为2n路，每路信号再次经波导-微带过渡结构后耦合为TEM模信号输出，实现功率等幅同相分配；所述基于新型T波导的功率分配/合成器作为合成器工作时，2n路TEM模信号通过波导-微带过渡结构在T字型波导内激励起2n路TE10模信号，信号通过n级180°波导合成器合成为1路，该路信号再次经过波导-微带过渡结构后耦合为TEM模信号输出，实现功率等幅同相合成。
需要说明的是：本发明中所述“T字型波导”如图2所示，定义为：垂直于传播方向的任一截面均呈T字型的波导。
本发明的有益效果在于：
本发明提供一种基于新型T波导的功率分配/合成器，基于新型T波导构成180°波导功分器，再由多级180°波导功分器构成二进制波导功率分配器/合成器；相比于传统基于矩形波导或双脊波导的功率分配/合成器，本发明的优点在于：1、T波导的截面渐变对主模TE10模的作用相当于使矩形波导宽边加宽，使得主模的截止波长增大，因此T波导的单模传输带宽比矩形波导更宽；2、在同一工作频率下，T波导的尺寸比矩形波导小，结构更加紧凑；3、T波导的结构简单，在加工过程中，T波导只需要剖一刀，而双脊波导需要剖两刀，所剖次数越多损耗越大，因此，T波导比双脊波导具有更低的损耗与更好的电路可实现性；基于此，本发明提供的基于新型T波导的功率分配/合成器尤其适用于宽带毫米波大功率合成领域。
附图说明
图1为本发明基于新型T波导的功率分配/合成器的结构示意图。
图2为本发明基于新型T波导的功率分配/合成器中的新型T波导示意图。
图3为本发明基于新型T波导的功率分配/合成器中的180°T波导功分器示意图。
图4为本发明基于新型T波导的功率分配/合成器中T波导-微带结构示意图。
图5为本发明基于新型T波导的功率分配/合成器应用于功率合成电路的示意图。
图6为本发明基于新型T波导的功率分配/合成器应用于功率合成电路的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步详细说明。
本实施例提供一种基于新型T波导的功率分配/合成器，如图1所示，采用2级180°波导功分器1与5个波导-微带过渡结构2，用以实现合路端口Q1到支路端口P1～P4的功率等幅同相分配、支路端口P1～P4到合路端口Q1的功率合成；更为具体的讲：
所述T字型波导如图2所示，该结构具有特殊的截面，即任一横截面呈T字型；进一步的，基于所述T字型波导构成的180°波导功分器如图3所示，其基本结构与常规基于矩形波导的180°波导功分器类似，唯一区别在于：其垂直于传播方向的任一截面均呈T字型；并且，该180°波导功分器中设置有电阻隔膜3、位于180°波导功分器主传输T字型波导分支口的H面中心处，用于提高180°波导功分器的两个输出端口的隔离度；
所述波导-微带过渡结构采用E面微带探针结构，如图4所示，所述E面微带探针结构设置于2级180°波导功分器的输入与输出端，在T字型波导主模的电磁场波峰处***。
本实施例中，上述功率分配/合成器工作于10.2～18.8GHz频段，合路端口Q1、支路端口P1～P4为50欧姆微带线；将一对该功率分配/合成器的支路端口背靠背对接即能够实现功率的分配与合成，并可用于功率合成放大器中，如图5所示；将两个功率分配器/合成器的支路端口P1～P4的50欧姆微带线分别连接，后续可在背靠背结构中接入功率放大器将功率分配器分配出来的等幅同相信号放大后，再用50欧姆微带线传输至功率合成器的各输入端、实现信号功率合成输出；该背靠背结构的S参数如图6所示，在10.2～18.8GHz范围内，端口回波损耗小于-15dB、***损耗小于0.8dB，即该功率合成器/分配器的相对带宽为59.3％且单边损耗小于0.4dB；表明本发明具有超宽带且低损耗的特点，在毫米波宽带功率合成电路中具有极大的应用价值。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (4)

1.一种基于新型T波导的功率分配/合成器，包括：n级180°波导功分器、及2n+1个波导-微带过渡结构，所述n级180°波导功分器采用二进制结构级联，所述波导-微带过渡结构对应连接于1个功率合成端口与2n个功率分配端口，n为≥2的正整数；其特征在于，所述180°波导功分器采用T字型波导构成，所述波导-微带过渡结构设置于T字型波导主模的电磁场波峰处。
2.按权利要求1所述基于新型T波导的功率分配/合成器，其特征在于，所述T波导-微带过渡结构为E面微带探针结构。
3.按权利要求1所述基于新型T波导的功率分配/合成器，其特征在于，所述180°波导功分器中设置有电阻隔膜、位于180°波导功分器主传输T字型波导分支口的H面中心处。
4.按权利要求1所述基于新型T波导的功率分配/合成器，其特征在于，所述基于新型T波导的功率分配/合成器作为分配器工作时，TEM模信号通过波导-微带过渡结构在T字型波导内激励起TE10模信号，信号通过n级180°波导功分器分为2n路，每路信号再次经波导-微带过渡结构后耦合为TEM模信号输出，实现功率等幅同相分配；所述基于新型T波导的功率分配/合成器作为合成器工作时，2n路TEM模信号通过波导-微带过渡结构在T字型波导内激励起2n路TE10模信号，信号通过n级180°波导合成器合成为1路，该路信号再次经过波导-微带过渡结构后耦合为TEM模信号输出，实现功率等幅同相合成。
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