[实用新型]一种超宽带多路微波功率合成器

说明书

本实用新型提供一种超宽带多路微波功率合成器，包括同轴内导体和同轴外导体。所述的同轴外导体包括外锥体导体部分和外圆柱体导体部分，所述的同轴内导体包括内锥体导体部分和内圆柱体导体部分；内锥体导体部分的顶角小于外锥体导体部分的顶角，在内锥体导体部分外壁与外锥体导体部分内壁之间形成渐变同轴腔在内圆柱体导体部分外壁与外圆柱体导体部分内壁之间形成TEM同轴腔。本实用新型是一种结构简单、可任意多路合成、带宽覆盖一个倍频程、且耐高功率的合路装置；该装置应用大直径同轴腔TEM传输模式实现多路合成，路数可自由确定，合成效率高。

技术领域

本实用新型涉及大功率发射机领域，特别涉及一种超宽带多路微波功率合成器。

背景技术

大功率发射机广泛应用于雷达、测控、通信和电子对抗等领域,是国防工业和军事电子装备的关键部件。高功率微波放大器是大功率发射机的核心部件，传统高功率微波放大器采用真空管器件，其工作带宽窄，使用寿命短因而应用受限。较之传统的电真空器件，半导体固态放大器在体积、重量、成本与可靠性以及工作带宽等方面有着显著的优越性。然而随着工作频率的提高，特别到了毫米波波段，固态有源器件输出功率受工艺限制降低，导致单个固态器件的输出功率不能满足需要，为了实现足额功率发射，需要采用功率合成器将多路固态功放输出功率合路。作为功率放大器的合成结构,必须满足以下几个要求：1)大的功率容量；2)良好的端口匹配与良好的端口间隔离；3)高效的合成效率；4)足够的带宽。

业界常用的功率合成方式主要有一下几种方式：1)采用威尔金森功分器或3dB电桥实现二进制功率合成，这种合成方式具有较好的隔离和端口匹配以及较宽的带宽等优点。威尔金森合成方式结构简单且易于实现，但是随着合成级数的增多，合成效率会迅速下降。在高频波段，集成或传输线电桥损耗较高，多级级联效率降低，功率合成效率大大下降，不宜应用。一般二进制合成不超过三级，即最多可实现八路功率合成。2)采用径向线实现多路合成，此方法中心馈电由同轴接头垂直引出，各支路由微带线输出，为确保合成效率各支路需满足一定的幅度和相位要求，最常见的实现形式为微带线径向分支，各支路中心对称分布保持相等的幅度和相位，同时这种形式需在微带或同轴部分做多阶阶梯阻抗变化以实现宽带匹配。3)场合成方式，各个分支线将电磁场辐射到某一公共空间，再由主传输通道将功率全部接收来实现合成。业界已经成功实现槽波导空间功率合成、TEM(TransverseElectric and Magnetic Field TEM指电磁波的电场和磁场都在垂直于传播方向的平面上，这种电磁波简称TEM,即波横向电磁场)模式同轴内腔合成、圆锥波导功率合成等多种场合成实例。其中槽波导空间功率合成见：Jiang X,Ortiz S,Mortazawi A.A novel Ka-band1to 8power divider/combiner[C].Microwave Symposium Digest,2001IEEE MTT-SInternational.IEEE,2001,1:35-38。TEM模式同轴内腔合成见Cheng N S,Alexanian A,Case M G,et al.40-W CW broad-band spatial power combiner using dense finlinearrays[J].Microwave Theory and Techniques,IEEE Transactions on,1999,47(7):1070-1076.而圆锥波导功率合成见DIRKIL，PIETER W，PETRIEM.Design of a ten-wayconical transmission line power combiner[J].IEEE Transactions on MicrowaveTheory and Techniques,2007,55(2):302－309。

由于传统的二进制功率合成方式采用一分二，二分四结构，因此合路数量为2^N，使用不便。其次二进制合路每级损耗约0.3-0.5dB，三级即损耗0.9-1.5dB，即八合路合路效率不超过80％，且随频率升高，合路效率恶化更快。因此传统的二进制功率合成方式合成效率低，且占用空间大，合成路数为2的幂次，使用不灵活，超过8路合成效率降低；