一種新型復(fù)合函數(shù)漸變毫米波波導(dǎo)功率分配合成器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及毫米波功率分配合成技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種新型復(fù)合函數(shù)漸變毫米 波波導(dǎo)功率分配合成器。
【背景技術(shù)】
[0002] 功率分配合成器通常采用單路功率放大與多路功率分配合成技術(shù)相結(jié)合的設(shè)計 方法，來獲得大功率的輸出信號。目前的功率分配合成技術(shù)主要包括平面電路功率分配合 成技術(shù)和基于波導(dǎo)的空間功率分配合成技術(shù)。技術(shù)特點及弊端如下：
[0003] 1、傳統(tǒng)的平面電路功率分配合成技術(shù)多采用多級威爾金森功分器級聯(lián)的結(jié)構(gòu)形 式，隨著功率分配合成路數(shù)的增多，功分器的級數(shù)隨之增加，微帶電路損耗也隨之增大，從 而造成了合成效率的下降。
[0004] 但此種方案的功率容量有限、散熱效率低，在毫米波頻段已不再適用。 陽0化]2、基于波導(dǎo)的空間功率合成技術(shù)中，電磁波首先由位于上側(cè)的同軸端口進入八路 徑向波導(dǎo)，完成功率分配，進入每一路矩形波導(dǎo)的信號通過矩形波導(dǎo)-微帶探針轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu) 進入微帶平面電路，在平面電路上完成功率放大后的信號，再通過八路徑向波導(dǎo)完成功率 的合成，從位于下方的同軸端口輸出。
[0006] 但缺點如下：（1)該技術(shù)所采用的立體結(jié)構(gòu)增加了加工難度，且裝配復(fù)雜，生產(chǎn)成 本高；（2)該技術(shù)由于采用了同軸傳輸線作為多路功率分配與合成段的傳輸媒介，隨著工 作頻率進入到40GHz乃至更高頻段，同軸傳輸線的損耗變大，將嚴(yán)重影響合成器的合成效 率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種適用于毫米波頻段的，具有寬頻帶、大容量、高 效率及低損耗等優(yōu)點的毫米波波導(dǎo)功率分配合成器。
[0008] 本發(fā)明提供一種新型復(fù)合函數(shù)漸變毫米波波導(dǎo)功率分配合成器，分配合成器包括 N級分配器和與其對稱設(shè)置的通過功率放大忍片相連的相同數(shù)量的合成器；分配器母體通 過一級兩路波導(dǎo)功分器連接有2^-2個分配器子體；合成器母體通過一級兩路波導(dǎo)合路器連 接有2^-2個合成器子體；一級兩路波導(dǎo)功分器中的兩路分支波導(dǎo)分別通過基于復(fù)合函數(shù)的 漸變波導(dǎo)結(jié)構(gòu)展寬為標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)，該復(fù)合函數(shù)表達式為：
[0009] XW = t
[0011] 其中x(t)為漸變波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的水平段的長度變化，Y(t)為漸變波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的豎直段 的長度變化；L為漸變波導(dǎo)結(jié)構(gòu)水平段的長度；Hl為漸變波導(dǎo)的展寬寬度；t的取值范圍為 0《t《L。
[0012] 復(fù)合函數(shù)通過調(diào)控L的長度，實現(xiàn)對矩形波導(dǎo)的窄邊展寬的調(diào)控，可W在多個毫 米波波段內(nèi)實現(xiàn)超寬帶的阻抗匹配，從而實現(xiàn)與一級兩路波導(dǎo)功分器的輸入端口和輸出端 口的匹配，進而控制電磁場能量在一級兩路波導(dǎo)功分器內(nèi)的分配與合成。因此，具有結(jié)構(gòu)緊 湊、易于實現(xiàn)、加工成本低、帶寬寬、損耗小及輸入端口駐波比低等優(yōu)點。 陽〇1引優(yōu)選方案如下：
[0014] 所述分配器子體由一個一級兩路波導(dǎo)功分器、兩個帶有波導(dǎo)探針轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的二級 兩路波導(dǎo)功分器和在二級兩路波導(dǎo)功分器兩側(cè)末端的圓弧波導(dǎo)短路面結(jié)構(gòu)組成；所述分配 器子體中，一級兩路波導(dǎo)功分器的縱向端為輸入端口，橫向兩端口為輸出端口；二級兩路波 導(dǎo)功分器的輸入端口與一級兩路波導(dǎo)功分器的其中一個輸出端口相連接，輸出端口為阻抗 微帶線。阻抗微帶線的阻抗值為50 Q。
[0015] 所述合成器子體由一個一級兩路波導(dǎo)合路器、兩個帶有波導(dǎo)探針轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的二級 兩路波導(dǎo)合路器和在二級兩路波導(dǎo)合路器兩側(cè)末端的圓弧波導(dǎo)短路面結(jié)構(gòu)組成；所述合成 器子體中，二級兩路波導(dǎo)合路器的輸入端口為阻抗微帶線，輸出端口與一級兩路波導(dǎo)合路 器的其中一個輸入端口相連接；一級兩路波導(dǎo)合路器的縱向端為輸出端口，橫向兩端口為 輸入端口。
[0016] 功率分配合成器的功率分配段與合成段具有相同的結(jié)構(gòu)，且空間對稱，同時該結(jié) 構(gòu)可根據(jù)不同的工作頻率和工作帶寬適當(dāng)更改各結(jié)構(gòu)的尺寸，但是整體結(jié)構(gòu)原理不變。此 夕F，多路波導(dǎo)功率分配合成器并不僅限于四路功率分配合成器，在上述相同原理的基礎(chǔ)之 上，可W設(shè)計出八路、十六路、2?的波導(dǎo)功率分配合成器。
[0017] 功率分配合成器整體外部加裝有散熱片。
[0018] 一級兩路波導(dǎo)功分器和二級兩路波導(dǎo)功分器的橫向中部外側(cè)設(shè)置有向內(nèi)凹的匹 配切角。一級兩路波導(dǎo)合路器和二級兩路波導(dǎo)合路器的橫向中部外側(cè)設(shè)置有向內(nèi)凹的匹配 切角。一級兩路波導(dǎo)功分器和一級兩路波導(dǎo)合路器的=路端口為標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)端口。
[0019] 波導(dǎo)探針轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中使用的為高頻微波基片，可在毫米波頻段內(nèi)實現(xiàn)插入損耗小 于0. 3地，駐波比小于1. 3?；趫A弧波導(dǎo)短路面的波導(dǎo)探針轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)的直角波 導(dǎo)短路面，而是采用了新型的圓弧波導(dǎo)短路面，并根據(jù)最小反射理論對圓弧波導(dǎo)短路面的 尺寸W及探針結(jié)構(gòu)的尺寸進行了優(yōu)化，不僅可W有效地消除直角波導(dǎo)短路面多次反射造成 的雜波干擾，而且可W在超寬帶內(nèi)實現(xiàn)各端口的匹配W及電磁場能量在波導(dǎo)與微帶電路之 間的高效轉(zhuǎn)換，具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)、損耗小及輸入端口駐波比低等優(yōu)點。
[0020] 工作原理：電磁波首先由標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)端口 A輸入一級兩路波導(dǎo)功分器，在匹配 切角結(jié)構(gòu)的功率分配作用下，電磁波信號被等幅反相分成兩路信號，分別從端口 B和C輸 出，然后再分別由輸入端口 D進入二級兩路波導(dǎo)功分器，再次在匹配切角的功率分配作用 下，將兩路信號進一步等比例功分為四路信號，每路信號再通過波導(dǎo)-探針-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié) 構(gòu)，完成電磁波信號由波導(dǎo)到微帶平面電路再進入到波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換，在每一路平面微帶電路 上的信號通過功率放大忍片實現(xiàn)單路信號的功率放大。最后，各支路信號通過與分配器具 有對稱結(jié)構(gòu)的合成器完成電磁波信號的多路功率合成。
[0021] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點： 陽0巧 （1)結(jié)構(gòu)緊湊，實現(xiàn)了電路結(jié)構(gòu)形式的平面化，易于加工，裝配簡單，可W有效降低 加工成本。
[0023] (2)該功率分配合成器將功率放大電路置于功分與合成電路之外，可在整體結(jié)構(gòu) 的上下側(cè)面加裝散熱片，有效提高了整體的散熱效率。
[0024] (3)該功率分配合成器的適用頻率范圍可W覆蓋毫米波等多個頻段，輸出功率可 根據(jù)帶寬要求結(jié)合具體的功率器件靈活調(diào)整。
[00巧](4)功率分配合成器采用基于復(fù)合函數(shù)的漸變波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，通過靈活設(shè)計漸變波導(dǎo) 結(jié)構(gòu)的復(fù)合函數(shù)各參數(shù)值，不僅可W在最短的長度距離內(nèi)實現(xiàn)矩形波導(dǎo)的窄邊展寬，而且 可W在多個毫米波波段內(nèi)實現(xiàn)超寬帶的阻抗匹配，從而實現(xiàn)輸入輸出端口的匹配W及電磁 場能量在金屬波導(dǎo)內(nèi)的高效分配與合成；最大限度地縮小了功率分配合成器的結(jié)構(gòu)尺寸， 降低了加工成本，同時減小了輸入端口駐波比和插入損耗。
[00%] (5)采用了圓弧波導(dǎo)短路面結(jié)構(gòu)，相比較于傳統(tǒng)的直角波導(dǎo)短路面結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可 W有效地消除直角波導(dǎo)短路面多次反射造成的雜波干擾，同時減小波導(dǎo)探針轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的插 入損耗，實現(xiàn)超寬帶的阻抗匹配。
[0027] (6)毫米波高隔離度多路空間波導(dǎo)功率分配合成器，其波導(dǎo)探針轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)根據(jù)最 小反射理論及傳輸線模型，采用了由探針到高阻抗線再到中阻抗線，最后過渡到50Q微帶 線的=級階梯變換結(jié)構(gòu)，介質(zhì)基片使用高頻專用微波基片，可實現(xiàn)在毫米波頻段內(nèi)實現(xiàn)插 入損耗小于0. 3地，駐波比小于1. 3。
【附圖說明】
[0028] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā) 明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W根 據(jù)運些附圖獲得其他的附圖。
[0029] 圖1為本發(fā)明的一級兩路波導(dǎo)功分器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖2為本發(fā)明的二級兩路波導(dǎo)功分器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)整體示意圖；
[0032] 圖中：1. 一級兩路波導(dǎo)功分器，2.二級兩路波導(dǎo)功分器，3.圓弧波導(dǎo)短路面結(jié)構(gòu)， 4.匹配切角，5.波導(dǎo)探針轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，6.功率放大忍片，7. -級兩路波導(dǎo)合路器，8.二級兩路 波導(dǎo)合路器，9.漸變波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，10. 50 Q阻抗微帶線，A. -級兩路波導(dǎo)功分器輸入端口，B、 C. 一級兩路波導(dǎo)功分器輸出端口，化二級兩路波導(dǎo)功分器輸入端口，E、F.二級兩路波導(dǎo)功 分器輸出端口，L :漸變波導(dǎo)的長度，Hl :漸變波導(dǎo)的展寬寬度。
【具體實施方式】
[0033] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作出W下詳細說明，但本發(fā)明并不局限于具體實施例。 陽〇34] 實施例1 :