[发明专利]一种毫米波宽带脊探针径向波导功率分配/合成器

说明书

本发明公开了一种毫米波宽带脊探针径向波导功率分配/合成器，属于毫米波技术领域。该结构包括：同轴输入波导、过渡结构、径向波导和N路脊探针耦合输出阵列。本发明功率分配/合成器采用了宽带低反射的同轴波导到径向波导过渡结构、匹配圆环结构和脊探针的功率分配方式，大大提高了功率分配/合成器的工作带宽；径向波导功率分配器一次性完成功率分配，减小了功率分配的路径损耗；同时，由于结构和径向波导工作模式的圆周对称性，保证了分配后的各路信号良好的幅相一致性。从而，作为功率合成器时能实现较高功率合成效率。

技术领域

本发明属于毫米波技术领域，具体涉及一种径向波导功率分配/合成器。

背景技术

近些年来，毫米波技术的快速发展对毫米波通信系统的功率水平和工作带宽提出了越来越高的要求。因此，具有输出功率高、工作频带宽的性能毫米波功率放大器越来越受到青睐。固态功率放大器具有体积小、重量轻、供电电压低和可靠性好等优势，成为毫米波功率放大器的理想选择。但随着频率上升到毫米波频段，固态芯片尺寸变小。受半导体物理特性、加工工艺、阻抗匹配和芯片散热等因素的影响，单芯片输出功率有限，不能满足高功率系统的要求。为了弥补这一不足，可以对多个功率放大模块的输出功率进行合成，实现大功率输出。

功率合成技术的关键在低插入损耗、宽频带和大功率容量的功率分配/合成网络的实现。通常功率合成技术包括：(1)平面电路功率合成技术(2)准光和自由空间功率合成技术(3)基于金属波导的功率合成技术。基于微带结构的平面电路功率合成技术具有宽频带和结构简单等优点，但随着工作频率上升到毫米波频段，微带损耗明显，大量的损耗给结构的散热带来很大问题。此外，当合成路数增加时，该功率分配结构的路径损耗也随之增加。因此，基于微带结构的平面电路功率分配合成技术一般适用于微波频段且分配/合成路数少的情况。上世纪八十年代提出的准光和自由空间功率合成技术具有合成效率不受合成路数影响的优势，受到广泛关注和研究。但是在毫米波段，器件体积较大，存在结构复杂，加工实现困难等问题需要解决。基于金属波导的功率合成技术具有功率容量高、插入损耗低和工作频带较宽的特点，是毫米波频段常用的一种合成技术。

径向波导功率分配/合成器是一种常用的基于金属波导的功率合成技术。通过利用同轴波导将信号馈入径向波导内部，并在径向波导内激励起工作的TEM模式。随后，位于径向波导外围的输出矩形波导或输出同轴波导将TEM模式实现等功率分配并对外输出。因此，径向波导功率分配/合成器可以一次性实现功率的分配与合成，最大限度地降低路径损耗。同时，由于其结构的圆周对称性，可以保证信号在功率分配端口良好的幅相一致性，从而提高功率合成效率。目前报道的大多数径向波导功率分配结构在毫米波频段的应用中仍有以下问题。功率分配/合成路数较多时，如果采用矩形波导输出，难以实现宽工作频带。虽然同轴波导的功率分配结构可以实现较宽的工作频带。但是，毫米波频段同轴探针和同轴波导尺寸结构较小，给同轴内导体探针的加工和装配带来很大的困难。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足，本发明提出一种毫米波宽带脊探针径向波导功率分配/合成器。该功率分配/合成器具有工作频带宽、功率分配/合成幅相一致好、结构紧凑体积小、加工装配方便等优点，非常适合毫米波宽带功率合成放大器的应用。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种毫米波脊探针径向波导功率分配/合成器，包括：同轴输入波导、过渡结构、径向波导和N路脊探针耦合输出阵列。

所述同轴输入波导采用标准同轴波导，其端口阻抗为50欧姆，内外导体半径满足同轴波导单模传输条件：λ＞3.456(a+b)，其中a、b分别为同轴波导内导体半径和外导体半径，λ为波导工作波长。