CN218770033U - 基于e面的径向功率合成器、分配器及整机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供基于E面的径向功率合成器、分配器及整机，合成器包括径向合路单元、合路台阶波导单元、微带转波导转换电路，以及同轴转脊波导单元；合路矩形分支结构以合路圆柱形波导的轴为轴径向对称排列；相邻两路合路矩形分支结构之间均有部分为第三合路圆柱形波导所覆盖；微带转波导转换电路用于接收射频信号，并通过微带转波导的方式将信号传输至合路台阶波导单元；合路台阶波导单元用于并将垂直传输的信号传输转水平方向传输至合路矩形分支结构。本实用新型提供的径向功率合成器整体结构具有较高的对称性，导致电磁场在传输方向上拥有高度对称性，使合成器的损耗较低，其次，分支结构之间的隔离度好，不需要额外加隔离器，可降低制作成本。

Description

基于E面的径向功率合成器、分配器及整机

技术领域

本实用新型涉及通信领域，更具体地，涉及基于E面的径向功率合成器、分配器及整机。

背景技术

伴随着电子信息行业的高速发展，通信行业的发展日新月异，在卫星通信领域，对发射***的要求越来越高，功率合成技术需要满足其***的需求；

卫星通信广泛应用于国防建设，个人移动通信，航空航天通信等广阔领域，受工艺和散热条件限制，常用的单个功率放大管，远远不能满足现代功放的功率要求，而功率合成成为大功率功放必备条件，且大功率功放传输距离更远，大带宽携带信息容量更大，其高功率，大宽带的需求是一种发展趋势，而常用的功率合成方式为平面二进制合成，空间功率合成，径向波导合成；

平面二进制合成通常采用微带线传输射频信号，要实现超宽带设计，需要经过多次阻抗变换才能实现，微带线要求更长的线长，这将增加导体损耗和介质损耗，随着合成次数的增加，传统的平面合成损耗过大；从而限制了大功率合成方式的使用。

空间功率合成基于低损耗的宽带波导异面鳍线天线阵列设计技术。由于宽带的匹配电路通常采用多段匹配的方式展宽带宽，在频带很宽时就需要有很长的传输线，且波导异面鳍线天线阵列空间功率合成存在通道与通道之间隔离度差，受限散热方式和工作带宽，限制了宽带大功率合成方式的使用。

基于径向波导功率合成是指多路微波信号在波导腔体内的空间中进行功率合成，充分利用了波导损耗小的特点，同时发挥波导阻抗变换灵活的优势，实现多路数和高效率的功率合成，但是以往径向波导合成器的技术存在以下缺点：

1.通道与通道之间隔离度较差，分端口驻波较差的缺陷，为解决此问题，不得不在连接功放单元时使用隔离器以避免其相互串扰自激，这样功放合成的效率较低，不利于大功率功放合成；

2.大多数大功率功放单元由于受散热方式限制不得不使用E面合成方式，基于H面的径向波导合成器与功放单元连接时需要进行H面到E面转换，这样在高度方向上会有一个E面加H面的叠加。当功放工作在ka以下频段时，由于波导尺寸较大，基于H面的径向波导合成器不利于市场所需求小型化集成化趋势，因此在一定程度上限制在通信领域的应用。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供基于E面的径向功率合成器、分配器及整机，用于解决现有的径向波导合成器隔离效果差，且基于H面的径向波导合成器的应用范围受到限制的问题。

本实用新型采用的技术方案包括：

第一方面，本实用新型提供一种基于E面的径向功率合成器，包括径向合路单元、合路台阶波导单元、微带与波导转换电路，以及同轴转脊波导单元；径向合路单元至少包括同轴设置的第一合路圆柱形波导、第二合路圆柱形波导和第三合路圆柱形波导，以及若干路合路矩形分支结构；每一路合路矩形分支结构以合路圆柱形波导的轴为轴径向对称排列，由第一合路矩形波导分支和第二合路矩形波导分支组成；在每路合路矩形分支结构中，第一合路矩形波导分支的位置较第二合路矩形波导分支更靠近合路圆柱形波导；相邻两路合路矩形分支结构之间均有部分为第三合路圆柱形波导所覆盖；每路合路矩形分支结构在远离合路圆柱形波导的一端均与一个合路台阶波导单元以及一个微带转波导转换电路连接；微带转波导转换电路用于接收射频信号，并通过微带转波导的方式将信号传输至合路台阶波导单元；合路台阶波导单元用于并将垂直传输的信号传输转水平方向传输至合路矩形分支结构；每路合路矩形分支结构传输的信号在合路圆柱形波导处合成一路信号，顺序通过第三合路圆柱形波导、第二合路圆柱形波导和第一合路圆柱形波导后传输至同轴转脊波导单元；同轴转脊波导单元与合路圆柱形波导同轴设置，用于将径向合路单元合成的同轴信号转换为标准矩形波导并输出。

本实用新型提供一种径向功率合成器，为了解决基于H面的合成器所带来的限制，该径向功率合成器基于E面设计，包括由完全对称的合路矩形分支结构以及多个对称的圆柱形波导组成的径向合路单元，与径向合路单元连接的同轴转脊波导单元，以及与每一路合路矩形分支结构相连接的合路台阶波导单元和微带转波导转换电路。每一路合路矩形分支结构接收信号，并通过微带转波导转换电路，将电磁场在波导中合成后传播，通过微带转波导的方式，既可以实现平面到空间的电磁传播的转换，又可以继承平面电磁传播散热好的优势，还有利于与外部的推动级电路集成，从而实现小体积范围内高度集成化，而合路台阶波导单元将垂直传输的信号转为水平方向传输，有效实现宽带工作带宽的矩形波导TE10模式传输。相邻的合路矩形分支结构之间均有部分被第三合路圆柱波导覆盖，从而实现了合路矩形分支结构之间的隔离端口，使合路矩形分支结构之间端口隔离度更高，相互独立。最后，每一路合路矩形分支结构的信号合成一路信号，经合路圆柱形波导后输入同轴转脊波导单元，同轴转脊波导单元通过E面激励的方式将同轴波导的模式实现从同轴线的TEM模到波导的TE10模之间的转换。本实用新型提供的径向功率合成器整体结构具有较高的对称性，导致电磁场在传输方向上拥有高度对称性，不受TEM波传输过程中电磁场变化的影响，使合成器的损耗较低，同时也使得功率合成时各个分端口的相位相同幅度相等，合成器的合路矩形分支结构之间的隔离度好，不需要额外加隔离器，可降低制作成本。

进一步，所述同轴转脊波导单元包括顺序连接的同轴金属圆柱、三级金属台阶以及标准波导。

经过圆柱形波导的合路同轴信号顺序经过同轴金属圆柱、三级金属台阶以及标准波导后转为标准矩形波导，完成TEM模到TM10模之间的转换。该结构的同轴转脊波导单元损耗小、频带宽且结构紧凑，能够方便一体化加工。

进一步，所述微带转波导转换电路包括1/4波长反射腔、微带探针单元以及标准波导。

输入信号首先通过微带探针单元进入，通过微带探针单元进入1/4波长反射腔，最后输入标准波导内合成输出。微带转波导转换电路将微带探针单元深入到标准波导里面，通过微带转波导的方式将电磁场在波导中合成后传播。电磁场在波导中传播插损很小，通过微带转波导的方式，既可以实现平面到空间的电磁传播的转换，又可以继承平面电磁传播散热好的优势，还有利于与外部的推动级电路集成在一起，从而实现小体积范围内高度集成化。

进一步，所述合路台阶波导单元由三级台阶波导组成。

在合路台阶波导单元中，输入信号垂直进入最高级台阶波导，经过三级台阶波导输入合路矩形分支结构，在合路矩形分支结构中转为水平方向传输，通过调节三级台阶波导可以有效实现宽带工作带宽的矩形波导以TE10模式传输。

进一步，所述径向合路单元还包括同轴设置的第四合路圆柱形波导和第五合路圆柱形波导。

信号在传输过程中不经过第四合路圆柱形波导与第五合路圆柱形波导，但第四以及第五合路圆柱形波导的半径长度和高度的设置可以改善整个径向合路单元的匹配和消除矩形波导以及同轴转脊波导单元中高次模的影响。

第二方面，本实用新型提供一种基于E面的径向功率分配器，包括同轴单元、径向分路单元、同轴转波导单元、波导转微带转换电路；同轴接收单元用于接收信号，并将信号传输至波导转同轴单元；波导转同轴单元用于将信号传输至径向合路单元；径向分路单元至少包括同轴设置的第一分路圆柱形波导、第二分路圆柱形波导和第三分路圆柱形波导，以及若干路分路矩形分支结构；每一路分路矩形分支结构以分路圆柱形波导的轴为轴径向对称排列，由第一分路矩形波导分支和第二分路矩形波导分支组成；在每路分路矩形分支结构中，第一分路矩形波导分支的位置较第二分路矩形波导分支更靠近分路圆柱形波导；相邻两路分路矩形分支结构之间均有部分为第三分路圆柱形波导所覆盖；每路分路矩形分支结构在远离分路圆柱形波导的一端均与一个分路台阶波导单元以及一个波导转微带转换电路连接；径向分路单元从同轴单元接收信号，信号顺序经过第一分路圆柱形波导、第二分路圆柱形波导和第三分路圆柱形波导后分为若干路分信号，每一路分信号分别传输至一路分路矩形分支结构；每路分路矩形分支结构传输的信号传输至同轴转波导单元；同轴转波导单元用于将水平传输的信号转垂直方向传输至波导转微带转换电路；波导转微带转换电路用于将接收到的信号通过波导转微带的方式将信号输出。

本实用新型的基于E面的径向功率分配器工作原理与径向功率合成器相似，与径向功率合成器配合使用。在基于E面的径向功率分配器中，外部信号通过功率分配器的同轴接收单元接收，并传输至波导转同轴单元，波导转同轴单元将信号传输至径向分路单元，在径向分路单元中，信号顺序经过第一分路圆柱形波导、第二分路圆柱形波导和第三分路圆柱形波导后分为各路分信号，每一路分信号传输至分路矩形分支结构，在分路矩形分支结构中水平传输，并传输至分路台阶波导单元，转为垂直方向传输，并输入波导转微带转换电路，以波导转微带的方式输出信号，该信号经过功率放大后即输入径向功率合成器。径向功率分配器的每一路分路矩形分支结构与径向功率合成器的合路矩形分支结构在位置上相对应，矩形分支结构的数量相同。该基于E面的径向功率分配器能够将功率等相位分为若干次，得到多路幅度和相位一致的信号，且在径向功率分配器中，相邻的分路矩形分支结构之间均有部分被第三分路圆柱波导覆盖，从而实现了矩形分支结构之间的隔离端口，使矩形分支结构之间端口隔离度更高，相互独立，无需额外增加隔离器。

进一步，所述波导转微带转换电路包括1/4波长反射腔、微带探针单元以及标准波导。

进一步，所述分路台阶波导单元由三级台阶波导组成。

进一步，所述径向分路单元还包括同轴设置的第四分路圆柱形波导和第五分路圆柱形波导。

第三方面，本实用新型提供一种基于E面的径向合成器整机，包括上述的基于E面的径向功率合成器、若干个功率放大器，以及上述的基于E面的径向功率分配器；径向功率分配器用于将接收到的信号分为若干路分信号，并将每路分信号输入一个功率放大器；功率放大器用于将接收到的分信号进行放大，并将放大后的分信号传输至径向功率合成器；径向功率合成器用于将接收到的分信号合成为一路并输出。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供基于E面的径向功率合成器、分配器及整机，基于E面的设计能够解决基于H面的合成器所带来的限制，在集成化小型化上面有很大的优势，可以直接与后级电路集成在同一平面。其中，功率合成器和功率分配器包括由完全对称的矩形分支结构以及多个对称的圆柱形波导组成的径向单元，与径向单元连接的同轴转脊波导单元/同轴单元，以及与每一路矩形分支结构相连接的台阶波导单元和微带转波导转换电路/波导转微带转换电路。微带转波导转换电路/波导转微带转换电路通过微带转波导/波导转微带的方式，既可以实现平面到空间的电磁传播的转换，又可以继承平面电磁传播散热好的优势，还有利于与外部的推动级电路集成，从而实现小体积范围内高度集成化。相邻的矩形分支结构之间均有部分被第三圆柱波导覆盖，从而实现了矩形分支结构之间的隔离端口，矩形分支结构之间端口隔离度更高，相互独立，无需增加额外的隔离器，即使是与两者配合的功率放大器出现损毁，其他功率放大器仍可以工作，合成器的输出功率按一定比例下降。本实用新型提供的径向功率合成器、分配器和整机的整体结构具有较高的对称性，导致电磁场在传输方向上拥有高度对称性，不受TEM波传输过程中电磁场变化的影响，使合成器/分配器的损耗较低，同时也使得功率合成/分配时各个分端口的相位相同幅度相等。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中基于E面的径向功率合成器的立体结构示意图。

图2为本实用新型实施例1中基于E面的径向功率合成器的背面结构示意图。

图3为本实用新型实施例1中基于E面的径向功率合成器的另一背面结构示意图。

图4为本实用新型实施例1中同轴金属303的结构示意图。

图5为本实用新型实施例1中功率合成器的各个合路矩形分支结构400的隔离度示意图。

图6为本实用新型实施例1中功率合成器公共端的回波损耗示意图。

图7为本实用新型实施例2中基于E面的径向功率分配器的立体结构示意图。

图8为本实用新型实施例2中波导转同轴单元20以及第三分路圆柱形波导33的结构示意图。

图9为本实用新型实施例2中波导转同轴单元20的结构示意图。

图10为本实用新型实施例3中基于E面的径向合成器整机的立体结构示意图。

图11为本实用新型实施例3中基于E面的径向合成器整机的另一立体结构示意图。

图12为本实用新型实施例3中基于E面的径向合成器整机的信号传输示意图。

具体实施方式

本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

本实施例提供一种基于E面的径向功率合成器，合成器包括径向合路单元100、同轴转脊波导单元300、合路台阶波导单元500，以及微带转波导转换电路600。

如图1所示，径向合路单元100至少包括同轴设置的第一合路圆柱形波导101、第二合路圆柱形波导102和第三合路圆柱形波导103，以及若干路合路矩形分支结构400。

在优选的实施方式中，如图2所示，径向合路单元100还包括同轴设置的第四合路圆柱形波导201和第五合路圆柱形波导202。

每一路合路矩形分支结构400以第一合路圆柱形波导101、第二合路圆柱形波导102或第三合路圆柱形波导103的轴为轴径向对称排列，由第一合路矩形波导分支401和第二合路矩形波导分支402组成。

如图1所示，在每路合路矩形分支结构400中，第一合路矩形波导分支401的位置较第二合路矩形波导分支402更靠近第一合路圆柱形波导101、第二合路圆柱形波导102和第三合路圆柱形波导103。

相邻两路合路矩形分支结构400之间均有部分为第三合路圆柱形波导103所覆盖，如图1中虚线方框所示(图1中部分相邻的合路矩形分支结构400与第三合路圆柱形波导303之间没有展示覆盖情况)。相邻的合路矩形分支结构400之间均有部分被第三合路圆柱波导103覆盖，实现了合路矩形分支结构400之间的隔离端口，使合路矩形分支结构400之间端口隔离度更高，相互独立。

在具体的实施方式中，如图1所示，合路矩形分支结构400的数量为8个，且均以合路圆柱形波导的轴为轴径向对称排列。第一合路圆柱形波导101、第二合路圆柱形波导102、第三合路圆柱形波导103、第四合路圆柱形波导201和第五合路圆柱形波导202共同组成径向合路圆柱。

如图1所示，同轴转脊波导单元300与第一合路圆柱形波导101、第二合路圆柱形波导102和第三合路圆柱形波导103同轴设置，用于将径向合路单元100合成的同轴信号转换为标准矩形波导并输出。

如图1～3所示，同轴转脊波导单元300由标准矩形波导301、三级金属台阶302以及同轴金属圆柱303组成。在具体的实施方式中，标准矩形波导301选用标准WR159波导。

如图4所示，同轴金属圆柱303由第一圆柱3031、第二圆柱3032和空气腔3033组成，其中，第二圆柱3032的宽度与空气腔3033相同，在空气腔3033与第二圆柱3032之间相隔一段第一圆柱3031，在图4中以斜线阴影表示，在具体的实施方式中，所相隔的一段第一圆柱3031为50欧姆。

如图1所示，每路合路矩形分支结构400在远离第一合路圆柱形波导101、第二合路圆柱形波导102或第三合路圆柱形波导103的一端均与一个合路台阶波导单元500以及一个微带转波导转换电路600连接。

如图1所示，合路台阶波导单元500用于并将垂直传输的信号传输转水平方向传输至合路矩形分支结构，如图1所示，具体地，合路台阶波导单元500由三级台阶波导组成，分别是第一级台阶波导501、第二级台阶波导502和第三级台阶波导503。

微带转波导转换电路600用于接收射频信号，并通过微带转波导的方式将信号传输至合路台阶波导单元500。如图1所示，具体地，微带转波导转换电路600由1/4波长反射腔601、微带探针单元602以及标准波导603组成。在具体的实施方式中，标准波导603选用标准WR159波导。

本实施例提供的基于E面的径向功率合成器中，信号的流向如下：

输入信号一般为功率放大后的射频信号，射频信号首先通过微带探针单元602进入，通过微带探针单元602进入1/4波长反射腔601，最后输入标准波导603内合成垂直输出至合路台阶波导单元500。

微带转波导转换电路600将微带探针单元602深入到标准波导603里面，通过微带转波导的方式将电磁场在波导中合成后传播。电磁场在波导中传播插损很小，通过微带转波导的方式，既可以实现平面到空间的电磁传播的转换，又可以继承平面电磁传播散热好的优势，还有利于与外部的推动级电路集成在一起，从而实现小体积范围内高度集成化。

在合路台阶波导单元500中，信号垂直传输至第三级台阶波导503，并顺序经过第三级台阶波导503、第二级台阶波导502和第一级台阶波导501传输，并在到达第一级台阶波导501后，转为水平方向传输至合路矩形分支结构400。三级台阶波导的调节可以有效实现宽带工作带宽的矩形波导以TE10模式传输。

在合路矩形分支结构400中，信号顺序输入第二合路矩形波导分支402和第一合路矩形波导分支401，各路经矩形分支结构400传输的信号在合路圆柱形波导中合成一路信号，并输入第三合路圆柱形波导103。

信号顺序通过第三合路圆柱形波导103、第二合路圆柱形波导102和第一合路圆柱形波导101后传输至同轴转脊波导单元300。

在具体实施过程中，选择第三合路圆柱形波导103的高度时，将其高度确定为满足功率合成器最小工作波长的一半长度，如此，电磁场经过圆柱波导时主模为TM00模，第三合路圆柱波导103的高度可以决定功率合成器的工作模式，选择其高度小于正常工作波长可以有效抑制高次模。第一合路圆柱形波导101、第二合路圆柱形波导102、第三合路圆柱形波导103、第四合路圆柱形波导201和第五合路圆柱形波导202的半径长度和高度均可以改善其整个径向合路圆柱的匹配，以及消除矩形波导与同轴金属圆柱303中高次模带来的影响。

由于相邻的合路矩形分支结构400之间均有部分被第三合路圆柱波导103覆盖，从而实现了合路矩形分支结构400之间的隔离端口，使合路矩形分支结构400之间端口隔离度更高，相互独立，使得整个功率合成器无需额外增加隔离器，如图5所示为本实施例提供的功率合成器的各个合路矩形分支结构400的隔离度示意图。同时，当用于与功率合成器配合的某个功率放大器单元损毁时，其余与功率合成器配合的功率放大器单元仍可以正常工作，功率合成器的输出功率只按一定比例下降，提高了功率合成器的稳定性和可靠性，且由于无需额外加隔离器，合成器的效率更高，制作成本更低。

调节第三合路圆柱波导103的半径、第一合路矩形波导分支401的宽度和长度，以及第二合路矩形波导分支402的宽度可以有效决定功率合成器的工作频率。第一合路矩形波导分支401决定了在矩形波导中的传输波长，适当地调节其宽度和长度可降低宽波导连接窄波导的模式变化的影响，同时也可以增加传输较低的频段的波长。在本实施例中，第二合路矩形波导分支402为标准的工作波长波导。

在同轴转脊波导单元300中，由第一合路圆柱形波导101输出的合路同轴信号顺序经过同轴金属圆柱303、三级金属台阶302以及标准波导301后转为标准矩形波导并输出。

信号在通过同轴金属圆柱303时，沿第一圆柱3031的表面传输至第二圆柱3032，第一圆柱3031为波导转同轴，电磁场激励起理想的TEM波，而当信号经过标准波导301输出时，完成TEM模到TM10模之间的转换。在同轴转脊波导单元300中，脊波导转换主要是模式转换和阻抗匹配，脊波导的主模是TE10模。

同轴金属圆柱303中的第一圆柱3031决定了功率合成器的最小功率容量，如图4所示，适当增大斜线阴影部分的第一圆柱3031的半径可以增大功率容量，选用低损耗的介质材料(比如表面镀金)可以有效减少传输时趋肤效应的损耗。该结构的同轴转脊波导单元300损耗小、频带宽且结构紧凑，能够方便一体化加工。

TEM波在经过标准波导301的连接处时会产生较大的电磁场变化，但由于径向合路单元100中有若干个完全对称的合路矩形分支结构400，以及多个对称的圆柱形波导，导致其电磁场在传输方向拥有高度对称性，使得功率合成时各个合路矩形分支结构400的相位相同幅度相等，不受电磁场变化的影响，帮助整个合成器达到较低损耗。

本实施例提供的基于E面的径向功率合成器，通过对称结构的合路矩形分支结构400将输入的信号分为多路幅度和相位一致的信号，并且通过合路圆柱形波导实现了高效率、低损耗以及高功率容量的功率分配，同时有效抑制了高次模。相邻的合路矩形分支结构400之间均有部分被第三合路圆柱波导103覆盖，从而实现了合路矩形分支结构400之间的隔离端口，使合路矩形分支结构400之间端口隔离度更高，有效抑制了合路矩形分支结构400的信号反射，解决了合路矩形分支结构400的回波损耗和合路矩形分支结构400之间的信号串扰，使得多路高效率功率合成更加稳定可靠，如图6所示为本实施例提供的功率合成器公共端的回波损耗示意图。且合成器减少了外置隔离器的设置，可以有效缩短整机尺寸和提高功放整机效率，在经济成本上也有很大竞争优势。由于功率合成器采用E面合成单元，在集成化小型化上面有很大的优势，可以直接与后级电路集成在同一平面。

实施例2

基于与实施例1相同的构思，本实施例提供一种基于E面的径向功率分配器。

如图7～9所示，基于E面的径向功率分配器包括同轴接收单元10、波导转同轴单元20、径向分路单元30、分路台阶波导单元50和波导转微带转换电路60。

如图8所示，同轴接收单元10用于接收信号，并将信号传输至波导转同轴单元20。在具体的实施方式中，由于功率分配器公共端的功率较大，理论上有50～110w，因此为了保证其传输安全可靠，采用SMA大功率接头转同轴探针作为同轴接收单元10。

波导转同轴单元20用于将信号传输至径向合路单元30。如图8～9所示，波导转同轴单元20包括第一圆柱201、第二圆柱202和空气腔203。其中，第二圆柱202的宽度与空气腔203相同，在空气腔203与第二圆柱202之间相隔一段第一圆柱201，在图9中以斜线阴影表示，在具体的实施方式中，所相隔的一段第一圆柱201为50欧姆。

如图7～8所示，径向分路单元30至少包括同轴设置的第一分路圆柱形波导31、第二分路圆柱形波导32和第三分路圆柱形波导33，以及若干路分路矩形分支结构40。每一路分路矩形分支结构40以第一分路圆柱形波导31、第二分路圆柱形波导32和第三分路圆柱形波导33的轴为轴径向对称排列，由第一分路矩形波导分支41和第二分路矩形波导分支42组成。

在具体的实施方式中，如图7所示，分路矩形分支结构40的数量为8个，且均以分路圆柱形波导的轴为轴径向对称排列。

在优选的实施方式中，径向分路单元30还包括同轴设置的第四分路圆柱形波导34和第五分路圆柱形波导35。第一分路圆柱形波导31、第二分路圆柱形波导32、第三分路圆柱形波导33、第四分路圆柱形波导34和第五分路圆柱形波导35共同组成径向分路圆柱。

在每路分路矩形分支结构40中，第一分路矩形波导分支41的位置较第二分路矩形波导分支42更靠近第一分路圆柱形波导31、第二分路圆柱形波导32和第三分路圆柱形波导33。

相邻两路分路矩形分支结构40之间均有部分为第三分路圆柱形波导33所覆盖。相邻的分路矩形分支结构40之间均有部分被第三分路圆柱波导33覆盖，实现了分路矩形分支结构40之间的隔离端口，使分路矩形分支结构40之间端口隔离度更高，相互独立。

如图7所示，每路分路矩形分支结构40在远离分路圆柱形波导的一端均与一个分路台阶波导单元50以及一个波导转微带转换电路60连接。

分路台阶波导单元50用于将水平传输的信号转垂直方向传输至波导转微带转换电路60。

如图7所示，具体地，分路台阶波导单元50由三级台阶波导组成，分别是第一台阶波导51、第二台阶波导52和第三台阶波导53。

波导转微带转换电路60用于将接收到的信号通过波导转微带的方式将信号输出。

如图7所示，具体地，波导转微带转换电路60由1/4波长反射腔61、微带探针单元62以及标准波导63组成。在具体的实施方式中，标准波导63选用标准WR159波导。

本实施例提供的基于E面的径向功率分配器中，信号的流向如下：

同轴接收单元10接收信号，并将信号传输至波导转同轴单元20。

在波导转同轴单元20中，由同轴接收单元10输出的同轴信号沿第一圆柱201的表面传输至第二圆柱202，经第二圆柱202传输至径向分路单元30。

在径向分路单元30中，信号顺序经过第一分路圆柱形波导31、第二分路圆柱形波导32和第三分路圆柱形波导33后分为若干路分信号，每一路分信号分别传输至一路分路矩形分支结构40。

在分路矩形分支结构40中，信号顺序输入第一分路矩形波导分支41和第二分路矩形波导分支42，并输出至分路台阶波导单元50。

在分路台阶波导单元50中，信号水平传输至第一台阶波导51，并顺序经过第一台阶波导51、第二台阶波导52和第三台阶波导53传输，并在到达第三台阶波导53后，转为垂直方向传输至波导转微带转换电路60。三级台阶波导的调节可以有效实现宽带工作带宽的矩形波导以TE10模式传输。

在波导转微带转换电路60中，信号输入标准波导63，通过1/4波长反射腔61进入微带探针单元62，从微带探针单元62输出信号。

本实施例提供的基于E面的径向功率分配器与实施例1提供的基于E面的径向功率合成器基于同一实用新型构思，且两者配合使用进行信号处理，因此其设计上和原理上存在相同的部分，在实施例1中已经描述过的关于径向功率合成器的设计原理、其所带来的有益效果以及可选及优选的实施方式在此实施例中不再赘述。

实施例3

基于与实施例1、2相同的构思，本实施例提供一种基于E面的径向合成器整机。

如图10～11所示，径向合成器整机包括基于E面的径向功率合成器1、基于E面的径向功率分配器2，以及若干个功率放大器(图10、11未示出)。每个功率放大器的位置会在如图11中所指的A处，处于径向功率分配器2与径向功率合成器1的信号连接处，用于将径向功率分配器2输出的信号进行功率放大后输入至径向功率合成器1。

本实施例中的基于E面的径向功率合成器1与实施例1所提供的径向功率合成器为相同的设备，本实施例中的基于E面的径向功率分配器2与实施例2所提供的径向功率分配器为相同的设备。如图10～11所示，径向功率合成器1的合路矩形分支结构400的数量与径向功率分配器2的分路矩形分支结构40的数量相同，位置相对应。每一路分路矩形分支结构40以及合路矩形分支结构400对应有一个功率放大器。

结合图1～4、7～12，本实施例提供的基于E面的径向合成器整机中，信号的流向如下：

由径向功率分配器2的同轴接收单元10接收信号，在径向功率分配器2中，同轴接收单元10将接收到的信号传输至波导转同轴单元20。

波导转同轴单元20将信号传输至径向合路单元30。在波导转同轴单元20中，信号沿第一圆柱201的表面传输至第二圆柱202，经第二圆柱202传输至径向分路单元30。

在径向分路单元20中，信号顺序经过第一分路圆柱形波导31、第二分路圆柱形波导32和第三分路圆柱形波导33后分为若干路分信号，每一路分信号分别传输至一路分路矩形分支结构40。

在分路矩形分支结构40中，信号顺序输入第一分路矩形波导分支41和第二分路矩形波导分支42，并输出至分路台阶波导单元50。

在分路台阶波导单元50中，信号水平传输至第一台阶波导51，并顺序经过第一台阶波导51、第二台阶波导52和第三台阶波导53传输，并在到达第三台阶波导53后，转为垂直方向传输至波导转微带转换电路60。

在波导转微带转换电路60中，信号输入标准波导63，通过1/4波长反射腔61进入微带探针单元62，从微带探针单元62输出信号至功率放大器。

功率放大器将微带探针单元62输出的射频信号进行功率放大，并将其输出至径向功率合成器1。

在径向功率合成器1中，每一路分信号从合路矩形分支结构40对应的微带探针单元602进入，通过微带探针单元602进入1/4波长反射腔601，最后输入标准波导603内合成垂直输出至合路台阶波导单元500。

在合路台阶波导单元500中，信号垂直传输至第三级台阶波导503，并顺序经过第三级台阶波导503、第二级台阶波导502和第一级台阶波导501传输，并在到达第一级台阶波导501后，转为水平方向传输至合路矩形分支结构400。

在合路矩形分支结构400中，信号顺序输入第二合路矩形波导分支402和第一合路矩形波导分支401，各路经矩形分支结构400传输的信号在合路圆柱形波导中合成一路信号，并输入第三合路圆柱形波导103。

信号顺序通过第三合路圆柱形波导103、第二合路圆柱形波导102和第一合路圆柱形波导101后传输至同轴转脊波导单元300。

在同轴转脊波导单元300中，由第一合路圆柱形波导101输出的合路同轴信号顺序经过同轴金属圆柱303、三级金属台阶302以及标准波导301后转为标准矩形波导并输出。信号在通过同轴金属圆柱303时，沿第一圆柱3031的表面传输至第二圆柱3032。

本实施例提出一种E面的径向合成器整机，射频信号经过高功率SMA接头同轴探针后，转入分路圆柱形波导里面，通过带隔离的对称结构的分路矩形分支结构40将输入的信号分为多路幅度和相位一致的信号(其隔离度类似与外接波导隔离器)，并且通过圆波导实现了高效率、低损耗以及高功率容量的功率分配，同时有效抑制了高次模。

分路矩形分支结构40以及合路矩形分支结构400之间的高隔离度(大于12dB)使得各路功率放大器相互独立。

在径向功率分配器1中，信号经过三级台阶51～53变化将空间中传输的TE10模传输到波导转微带单元61～63处，经过等幅同相位的功率放大器进行信号放大后经过微带转波导单元601～603进入合路矩形分支结构40中传输，为了实现大带宽传输，经过三级台阶501～503后进入高度对称的径向功率合成器2中。最终在径向功率合成器2中，通过在同轴转脊波导单元301～303中处理后输出较大的功率(如输入径向功率分配器1的信号为110w左右，则从径向功率合成器2最终输出的信号功率可达600～1000w)，整个传输由于大部分都是在径向波导中完成，其合成效率较高，测试整机效率大于85％。由于径向功率合成器1和径向功率分配器2均自带高隔离单元，当某个功率放大器损毁时，其余功率放大器仍可以正常工作，径向功率合成器2的输出功率只按一定比例下降，提高了整机的稳定性和可靠性。同时，信号隔离还实现了良好的端口匹配，使得多路高效率功率合成更加稳定可靠，由于径向功率合成器1和径向功率分配器2均采用E面合成/分配单元，在集成化小型化上面有很大的优势，可以直接与后级电路集成在同一平面。整机减少了外置隔离器，可以有效缩短整机尺寸和提高功放整机效率，在经济成本上也有很大竞争优势。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于E面的径向功率合成器，其特征在于，包括径向合路单元、合路台阶波导单元、微带转波导转换电路，以及同轴转脊波导单元；

径向合路单元至少包括同轴设置的第一合路圆柱形波导、第二合路圆柱形波导和第三合路圆柱形波导，以及若干路合路矩形分支结构；

每一路合路矩形分支结构以合路圆柱形波导的轴为轴径向对称排列，由第一合路矩形波导分支和第二合路矩形波导分支组成；

在每路合路矩形分支结构中，第一合路矩形波导分支的位置较第二合路矩形波导分支更靠近合路圆柱形波导；

相邻两路合路矩形分支结构之间均有部分为第三合路圆柱形波导所覆盖；

每路合路矩形分支结构在远离合路圆柱形波导的一端均与一个合路台阶波导单元以及一个微带转波导转换电路连接；

微带转波导转换电路用于接收射频信号，并通过微带转波导的方式将信号传输至合路台阶波导单元；

合路台阶波导单元用于并将垂直传输的信号传输转水平方向传输至合路矩形分支结构；

每路合路矩形分支结构传输的信号在合路圆柱形波导处合成一路信号，顺序通过第三合路圆柱形波导、第二合路圆柱形波导和第一合路圆柱形波导后传输至同轴转脊波导单元；

同轴转脊波导单元与合路圆柱形波导同轴设置，用于将径向合路单元合成的同轴信号转换为标准矩形波导并输出。

2.根据权利要求1所述的基于E面的径向功率合成器，其特征在于，所述同轴转脊波导单元包括同轴金属圆柱、三级金属台阶以及标准波导。

3.根据权利要求1所述的基于E面的径向功率合成器，其特征在于，所述微带转波导转换电路包括1/4波长反射腔、微带探针单元以及标准波导。

4.根据权利要求1所述的基于E面的径向功率合成器，其特征在于，所述合路台阶波导单元由三级台阶波导组成。

5.根据权利要求1～4任一项所述的基于E面的径向功率合成器，其特征在于，所述径向合路单元还包括同轴设置的第四合路圆柱形波导和第五合路圆柱形波导。

6.一种基于E面的径向功率分配器，其特征在于，包括同轴接收单元、波导转同轴单元、径向分路单元、分路台阶波导单元、波导转微带转换电路；

同轴接收单元用于接收信号，并将信号传输至波导转同轴单元；

波导转同轴单元用于将信号传输至径向合路单元；

径向分路单元至少包括同轴设置的第一分路圆柱形波导、第二分路圆柱形波导和第三分路圆柱形波导，以及若干路分路矩形分支结构；

每一路分路矩形分支结构以分路圆柱形波导的轴为轴径向对称排列，由第一分路矩形波导分支和第二分路矩形波导分支组成；

在每路分路矩形分支结构中，第一分路矩形波导分支的位置较第二分路矩形波导分支更靠近分路圆柱形波导；

相邻两路分路矩形分支结构之间均有部分为第三分路圆柱形波导所覆盖；

每路分路矩形分支结构在远离分路圆柱形波导的一端均与一个分路台阶波导单元以及一个波导转微带转换电路连接；

径向分路单元从同轴单元接收信号，信号顺序经过第一分路圆柱形波导、第二分路圆柱形波导和第三分路圆柱形波导后分为若干路分信号，每一路分信号分别传输至一路分路矩形分支结构；

每路分路矩形分支结构传输的信号传输至分路台阶波导单元；

分路台阶波导单元用于将水平传输的信号转垂直方向传输至波导转微带转换电路；

波导转微带转换电路用于将接收到的信号通过波导转微带的方式将信号输出。

7.根据权利要求6所述的基于E面的径向功率分配器，其特征在于，所述波导转微带转换电路包括1/4波长反射腔、微带探针单元以及标准波导。

8.根据权利要求6所述的基于E面的径向功率分配器，其特征在于，所述分路台阶波导单元由三级台阶波导组成。

9.根据权利要求6～8任一项所述的基于E面的径向功率分配器，其特征在于，所述径向分路单元还包括同轴设置的第四分路圆柱形波导和第五分路圆柱形波导。

10.一种基于E面的径向合成器整机，其特征在于，包括权利要求1～5任一项所述的基于E面的径向功率合成器、若干个功率放大器，以及权利要求6～9任一项所述的基于E面的径向功率分配器；

径向功率分配器用于将接收到的信号分为若干路分信号，并将每路分信号输入一个功率放大器；

功率放大器用于将接收到的分信号进行放大，并将放大后的分信号传输至径向功率合成器；

径向功率合成器用于将接收到的分信号合成为一路并输出。

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