[发明专利]一种基于基片集成波导的宽带功率合成器

说明书

技术领域

“宽带功率合成器”(Broadband Power Combiner)应用的技术领域是功率合成，尤其是在单一固态器件输出功率普遍较低的毫米波波段。

技术背景

近年来，毫米波通信系统和雷达系统有着快速的发展和广泛的应用背景。毫米波单片功率放大器是毫米波系统和雷达系统的重要组成部分，但其输出功率通常较低，所以高效率的功率合成技术随之产生，引起了学术界和工业界的极大关注。通过功率合成器，可以为毫米波和雷达系统提供更高的输出功率。2010年，K.Song提出了一种Ka波段的四路同轴线功率合成器，但其加工精度要求较高，因此一些新技术被相继提出，例如文献X.Xie,H.Chen,and Y.Tian,“Millimetre-wave broadband waveguide-based spatial power-combining amplifier,”Electron.Lett.,vol.47,no.3,pp.194–195,Feb.2011利用微带和波导过渡结构如图1，但由于加工时需要在波导开孔，四路的相位一致性不易控制。文献K.Song,F.Zhang,S.Hu,and Y.Fan,“Millimetre-wavequasi-optical low-loss power combiner based on dipole antenna,”Electron.Lett.,vol.49,no.18,pp.1160–1162,Aug.2013利用偶极子天线结构，但难以缩小体积。在此基础上一种基于基片集成波导(substrate integrated waveguide)结构的Ka波段四路功率合成器被提出(K.Song,F Zhang,F.Chen,and Y.Fan,“Wideband millimetre-wave four-way spatial power combiner based on multilayer SIW,”J.of Electromagn.Waves and Appl.,Vol.27,no.13,pp.1715–1719,2013)，SIW结构性能高插损低，制造工艺简单且易于与平面电路集成，但该文中提出的功率合成器带宽不足且插损较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种基于基片集成波导(SIW)的宽带功率合成器。该结构的运用大大缩小了功率合成器的体积，便于加工制作与集成。

本发明一种基于基片集成波导的宽带功率合成器，该功率合成器包括：矩形波导、过渡结构和基片集成波导(SIW)，如图2所示。基片集成波导上设置有输入端口；过渡结构包括介质基板、分别位于介质基板上层和下层的片状探针；上层和下层的探针都为一片弯曲的锥形片状探针，分别弯向两侧；从而实现发明目的。因而本发明一种基于基片集成波导的宽带功率合成器，该功率合成器包括：矩形波导、过渡结构、基片集成波导；所述基片集成波导包括：基片、分别设置于基片上表面和下表面的上金属片和下金属片；基片集成波导的数量为n，其中1≤n≤4，各基片集成波导的输出端插入矩形波导的输入端，基片集成波导的输入端设置有m个输入端口，其中1≤m≤4；所述过渡结构与基片集成波导的输出端连接固定，其特征在于过渡结构包括：介质基板、设置于介质基板上表面的上探针、设置于介质基板下表面的下探针；上探针和下探针为一片弯曲的锥形片状探针，透视观察上下探针形成人字结构，人字结构的底部为探针的针尖；过渡结构的介质基板与基片集成波导的基片连接，上探针与基片集成波导的上金属片的中间位置连接，下探针与基片集成波导的下金属片的中间位置连接。

所述过渡结构中的上探针为弯曲的锥形片状探针，弯曲的锥形结构的内侧为5条直边组成，外侧为n条直边组成，n≥4；以锥形结构的底边中点为原点，“人字形”结构的对称轴为x轴建立坐标系，单位为mm，弯曲的锥形结构的内侧的5个顶点的左边分别为：(0,0.38)，(0.56,0.38)，(1.52,0.48)，(2.27,0.81)，(2.82,1.12)；锥形结构的顶点坐标为：(3.12,1.12)；弯曲的锥形结构的外侧包括n个顶点，其中最靠近锥形结构的底边的3个顶点的坐标为：(0,-0.38)，(0.56,-0.38)，(1.52,0)；下探针与上探针结构完全相同，弯曲方向相反；所述介质基板相对介电常数为2.22，损耗角正切为0.009，厚度为0.254mm。