[发明专利]一种类摆线过渡结构的宽带径向波导功率分配/合成器

说明书

本发明公开了一种类摆线过渡结构的宽带径向波导功率分配/合成器，属于微波/毫米波无源器件领域。该结构包括标准矩形波导、矩形波导‑同轴波导过渡结构、同轴波导、类摆线过渡结构、设置有多级阶梯阻抗匹配结构的径向波导与N路标准输出矩形波导。具有功率容量大、频带宽、结构紧凑、插入损耗和反射损耗低、各输出端口幅度一致性和相位一致性好、易于加工和装配等优点。

技术领域

本发明属于微波/毫米波无源器件领域，具体涉及一种类摆线过渡结构的宽带径向波导功率分配/合成器。

背景技术

固态功率放大器作为毫米波通信系统中的核心模块之一，其功率输出水平和工作带宽决定了整体通信系统性能。单片微波固态芯片的输出功率有限，难以实现大功率输出的需求，为了满足应用系统的大功率输出要求，通常的技术途径是采用功率合成技术，对多路固态芯片输出功率进行合成。

微波毫米波功率合成的技术方案通常有：平面功率分配/合成技术、空间功率合成技术和基于金属波导的功率合成技术。典型的平面功率分配/合成技术如：威尔金森功率分配/合成器。威尔金森功率分配/合成器采用微带作为信号传输线，具有结构紧凑，加工方便等特点。但是这种平面功率合成技术在高频率下存在严重的欧姆损耗和较强辐射损耗。此外，这种采用多级级联的功率合成结构，随着合成路数的增加，功率合成效率迅速下降，同时使得功率合成结构复杂、体积庞大。空间功率合成技术是上世纪八十年代提出的一种新型功率合成技术，特别适合多器件的功率合成，具有很强的应用潜力。由于空间功率合成技术是利用辐射天线将多个固态器件功率在自由空间点进行功率合成，因而不便于实现标准接口输出，在固态系统应用中使用不方便。基于金属波导的功率合成技术具有功率容量大、合成效率高和散热性能好等优点，且易于与其他微波毫米波系统连接。径向波导功率分配/合成器是一种单级的波导合结构：能实现任意路数的功率分配和合成，具有损耗低、合成效率高、功率容量大、结构紧凑等特点，常适合大功率合成应用。

径向波导功率分配/合成器一般由同轴线、径向波导、多路标准同轴线或标准矩形波导输出组成。信号经标准同轴线馈入后，在径向波导内激励起TEM模式，激励起的TEM模式沿着径向波导向前传播，由于输出结构的对称性，使得各端口输出功率一致，从而实现多路等功率输出。为了实现同轴线到径向波导、径向波导到多路输出端在宽频带内的良好匹配，需要对位于同轴线内导体底部的匹配结构进行特别的优化设计。为了增加径向功率分配/合成器的带宽，专利毫米波径向波导空间功率分配/合成器(专利号CN104051835A，发明人李硕)设计了位于径向波导腔体的多级阶梯匹配销钉结构。但是随着合成路数的增加，径向波导的半径随之增加，为了在宽的频带内实现良好的驻波特性，需要的阶梯匹配级数也越高。专利一种新型宽带径向曲线渐变脊空间功率分配合成器(专利号CN105304998A，发明人张文强、宁曰民等)提出了一种宽带径向曲线渐变脊空间功率分配/合成器，通过采用同轴曲线阻抗渐变结构和径向曲线渐变脊阵列结构，使得功率分配/合成器的带宽得到了提高。但是，这种渐变脊的结构会降低功率分配/合成器的功率容量。此外，根据阻抗的匹配的要求，径向曲线渐变脊阵列要经过一定长度的矩形同轴内导体连接到标准同轴内导体，这会使得整个功率分配/合成器的体积变大，增加了设计复杂度。同时，这种渐变得结构对加工精度要求也较高，工艺实现困难。

发明内容

为了解决上述技术方案的不足，提高固态功率放大器的输出功率、工作带宽和减小几何尺寸，本发明提出了一种类摆线过渡结构的宽带径向波导功率分配/合成器，具有功率容量大、频带宽、结构紧凑、插入损耗和反射损耗低、各输出端口幅度一致性和相位一致性好、易于加工和装配等优点。

为了实现上述设计目的，本发明采用以下技术方案：

一种类摆线过渡结构的宽带径向波导功率分配/合成器，包括：标准矩形波导、矩形波导-同轴波导过渡结构、同轴波导、类摆线过渡结构、包含多级阶梯阻抗匹配结构的径向波导与N路标准输出矩形波导。