微波毫米波積木式功率分配合成器制造技術(shù)

一種微波毫米波積木式功率分配合成器，包括第一波導(dǎo)、第二波導(dǎo)及放大器模塊，第一波導(dǎo)通過第一耦合縫隙耦合有第一過渡波導(dǎo)，第一過渡波導(dǎo)的一端與放大器模塊的一端連接，第二波導(dǎo)通過第二耦合縫隙耦合有第二過渡波導(dǎo)，第二過渡波導(dǎo)的一端與所述放大器模塊的另一端連接，第一波導(dǎo)一端為第一輸入端口，另一端為第一輸入短路面；第二波導(dǎo)一端為第一輸出端口，另一端為第一輸出短路面；第一過渡波導(dǎo)、第二過渡波導(dǎo)的另一端分別為第一短路面、第二短路面。利用該分配合成器可輸出高功率的微波毫米波信號，空間利用率高，結(jié)構(gòu)形狀規(guī)則、方便調(diào)試、以積木式組合實現(xiàn)任意路數(shù)的合成，克服了目前微波毫米波功率分配合成網(wǎng)絡(luò)調(diào)試?yán)щy、擴展性差等缺點。（*該技術(shù)在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及一種微波毫米波空間功率分配合成網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，用于把一路輸入信號分配到多路通道中，激勵多個固態(tài)功率放大器，并將功率放大器輸出的信號同相合成，從而獲得高功率輸出。
技術(shù)介紹
在微波毫米波系統(tǒng)中，發(fā)射機是其中最為關(guān)鍵的部件之一，它的輸出功率直接決定了系統(tǒng)的作用半徑，抗干擾能力以及系統(tǒng)的通信質(zhì)量與性能。固態(tài)發(fā)射機具有電源簡單、尺寸小、重量輕、壽命長、占空比大等優(yōu)點，但單個固態(tài)器件產(chǎn)生的功率小是其固有的不足。隨著頻率升高，器件尺寸減小，單個固態(tài)器件的輸出功率也隨之減小，頻率越高，輸出功率就越小。電真空器件雖然可以產(chǎn)生比固態(tài)器件高的功率，但要求有很高電壓的電源，且體積龐大，在很多環(huán)境如航天航空飛行器中不好應(yīng)用。固態(tài)器件受自身半導(dǎo)體物理特性的影響以及加工工藝等諸方面的限制，單個固態(tài)器件要獲得較大的輸出功率還難以實現(xiàn)。為了提 高固態(tài)發(fā)射機的功率，一條眾所周知的技術(shù)途徑就是采用功率合成技術(shù)。固態(tài)功率合成技術(shù)研究已有幾十年的歷史，在微波頻段已經(jīng)獲得大量實際應(yīng)用。功率合成有兩種類型，一種是振蕩器式功率合成，即采用多個固態(tài)振蕩管制作振蕩器，其輸出功率比單管振蕩器的輸出功率大。這個方案因為不易實現(xiàn)高質(zhì)量如低相位噪聲的信號和雷達(dá)所需的多種波形信號，現(xiàn)在已經(jīng)較少采用。現(xiàn)在采用的是多個固態(tài)功率放大合成的方案，即用微波頻率源產(chǎn)生高質(zhì)量的能實現(xiàn)雷達(dá)所需波形的低功率信號，饋入若干個固態(tài)功率放大器，再將這些功率放大器輸出的功率合成，得到高功率輸出。這個方案既能實現(xiàn)高功率輸出，又能實現(xiàn)輸出信號的高質(zhì)量，成為固態(tài)功率合成的主流。本技術(shù)涉及的就是這種功率合成技術(shù)。目前，功率合成技術(shù)有不同的實現(xiàn)途徑和稱呼，如芯片級合成、電路合成、空間合成和準(zhǔn)光合成等。這些稱呼是從功率合成的技術(shù)途徑來命名的。為了更清晰地說明功率合成的技術(shù)特征，我們從功率合成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋪矸诸悾劣趯崿F(xiàn)特定網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)可以是芯片級合成、電路級合成、空間合成或準(zhǔn)光合成。我們把功率合成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞譃?-1型和N-I型，定義如下2-1型這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞奶卣魇禽斎胄盘朓分為2，2分為4，4分為8，8分為16，16分為32，類推，即下一級通道數(shù)是上一級的通道數(shù)乘以2 ;輸出信號則反過來，32合為16，16合為8,8合為4,4合為2,2合為I ;示意如圖I。芯片級合成與電路合成采用這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹＿@種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膬?yōu)點是物理結(jié)構(gòu)簡單，有現(xiàn)成的平面功率分配合成結(jié)構(gòu)可用，且已發(fā)展得相當(dāng)成熟。其缺點是合成路數(shù)多了以后網(wǎng)絡(luò)損耗增加很大，例如合成32路網(wǎng)絡(luò)有5級，輸入輸出加在一起就是10級，這10級網(wǎng)絡(luò)要損耗很多功率，當(dāng)合成路數(shù)增加到一定數(shù)目后，再增加路數(shù)也不會增大輸出功率。在合成路數(shù)少于32路時，多級網(wǎng)絡(luò)的損耗也會降低合成效率。這個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牧硪蝗秉c是它合成的路數(shù)須是2的整數(shù)倍，對于調(diào)控輸出功率的大小不方便，增加I級輸出功率過大，不增加又不夠。N-I型這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞奶卣魇禽斎胄盘柕贗級I分為K，第2級每路I分為M，K路分為KXM路，第3級每路I分為N，KXM路分為KXMXN路，類推，即下一級通道數(shù)是上一級的通道數(shù)乘以每路的功分?jǐn)?shù)K (或M或N);輸出信號則反過來，KXMXN合為KXM，KXM合為K，K合為I。K (M或N)大于2。顯然，對于合成同樣的路數(shù)，這個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫枰暮铣杉墧?shù)比2-1型少得多。例如，輸入時I分為4，4分為16，16分為64 ;合成時64合為16，16合為4，4合為I ;共6級就可合成64路，而2_1型要10級才能合成32路。增大N還可減少合成的級數(shù)。合成網(wǎng)絡(luò)的級數(shù)減少就可減小網(wǎng)絡(luò)的損耗。另外，N可以調(diào)整，即在不同的級可以取不同的N，從而合成的路數(shù)與2-1型相比靈活可變。例如，可以I分為4，4分為20 (即第2級是每路I分為5,4路分為20路)；或者I分為5,5分為30 (即第2級是每路I分為6，5路分為30路)；實現(xiàn)這種功率分配合成網(wǎng)絡(luò)無疑將是功率合成技術(shù)的一大突破。目前，已報道的能實現(xiàn)這種N-I型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞挠锌臻g功率合成和準(zhǔn)·光功率合成技術(shù)。如(E. J. Wilkinson, An N-way hybrid power divider, IRETransactionMicrowave Theory and Techniques. 1960, 8(1) : 116-118)、徑向線合成電路(D.F. Peterson, Radial-Symmetrie N-Way TEM-Line IMPATT Diode Power CombiningArrays, IEEE Transactions Microwave Theory and Techniques, 1982，30(2):163-173)、同軸一波導(dǎo)合成電路(R. S. Harp and K. J. Russell. Conical power combiner. U. S. Patent4188590, Feb. 1980)等形式。在這些N_1型合成網(wǎng)絡(luò)中，由于結(jié)構(gòu)和工藝原因，其工作頻率都在X波段以下，難以在毫米波頻段有效地實現(xiàn)多路合成。近年來，出現(xiàn)了基于徑向波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的空間功率合成網(wǎng)絡(luò)(KaijunSong, YongFan, Zongrui He, Broadband Radial Waveguide Spatial Combiner, IEEEMicrowaveand Wireless Components Letters, 2008，18 (2) : 73-75 ;陳明勇，竇文斌，Ka波段徑向波導(dǎo)功率合成網(wǎng)絡(luò)，電波科學(xué)學(xué)報，2010，25 (4) : 745-748)，這種結(jié)構(gòu)需要被合成的各通道與合成網(wǎng)絡(luò)連接后統(tǒng)一調(diào)試，各通道不能單獨調(diào)試。因為通道單獨調(diào)試時的連接波導(dǎo)是矩形波導(dǎo)，與實際連接的徑向波導(dǎo)特性不同。在這個技術(shù)的基礎(chǔ)上，又發(fā)展出星形功率合成網(wǎng)絡(luò)(Xiang Bo, Dou Wenbin, A Ka Band Spatial Six-way Power Divider/Combiner, 2011 China-Japan Joint Microwave ConferenceProceedings, 2011，440-442),這個網(wǎng)絡(luò)將徑向波導(dǎo)再轉(zhuǎn)換到多個矩形波導(dǎo)，解決了徑向波導(dǎo)合成網(wǎng)絡(luò)不方便各通道單獨調(diào)試的困難。上述合成網(wǎng)絡(luò)都存在結(jié)構(gòu)形狀非規(guī)則、空間利用率不高、連接不方便的缺點，一般只能做一級網(wǎng)絡(luò)，即輸入時I分為N，輸出時N合為I ;最多與2-1型網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，得到2級網(wǎng)絡(luò)，即輸入時I分為2，再2分為2N，輸出時2N合為2，再2合為I。還不能實現(xiàn)真正的N-I型合成網(wǎng)絡(luò)的功能。還有一種合成網(wǎng)絡(luò)是基于探針I(yè)禹合的波導(dǎo)功率合成網(wǎng)絡(luò)(XiaoqiangXiej Ruimin Xuj Rui Diao and Weigan Linj A New Millimeter-wave Multi-wayPower Dividing/Combining Network Based on Waveguide-Microstrip E-planeDual-ProbeStructurej GSMM2008 Proceeding, 2008)，這種合成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)用微帶探針作為固態(tài)功率放大器的耦合結(jié)構(gòu)，伸入合成網(wǎng)絡(luò)的輸入本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種微波毫米波積木式功率分配合成器，其特征在于，包括：第一波導(dǎo)(12)、第二波導(dǎo)(17)及放大器模塊(113)，第一波導(dǎo)(12)通過第一耦合縫隙(13)耦合有第一過渡波導(dǎo)(14)，第一過渡波導(dǎo)(14)的一端與所述放大器模塊(113)的一端連接，第二波導(dǎo)(17)通過第二耦合縫隙(18)耦合有第二過渡波導(dǎo)(19)，第二過渡波導(dǎo)(19)的一端與所述放大器模塊(113)的另一端連接，所述第一波導(dǎo)(12)一端為第一輸入端口(11)，另一端為第一輸入短路面(15)；第二波導(dǎo)(17)一端為第一輸出端口(16)，另一端為第一輸出短路面(110)；所述第一過渡波導(dǎo)(14)、第二過渡波導(dǎo)(19)的另一端分別為第一短路面(111)、第二短路面(112)。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：竇文斌，向博，李騰，孟洪福，
申請(專利權(quán))人：東南大學(xué)，
類型：實用新型
國別省市：