[发明专利]毫米波3dB功率分配/合成网络

说明书

                          技术领域

本发明属于毫米波集成电路技术领域，特别涉及毫米波宽带低损耗波导-微带3dB混合集成功率分配与合成网络。

                          背景技术

在毫米波固态集成技术中，一个不可避免的话题就是毫米波系统传输结构与毫米波集成传输结构的过渡连接问题——即波导与微带的过渡连接。经过数十年的发展，研究人员们已提出各种各样的波导-微带过渡结构，其中比较有代表性的是波导-微带E-面探针结构。它具有低损耗、宽频带、便于加工、便于固体器件集成等优点，是目前应用比较广泛的一种波导-微带过渡结构。

在毫米波固态集成电路中，功率分配与合成主要依靠以Wilkinson电桥、环形电桥等为代表的平面集成功率分配结构，技术上主要还是要求低损耗、便于加工以及固态器件安装。由于采用固态集成传输线结构，较高的损耗是这类电桥突出的问题。同时，由于这类电桥中四分之一波长传输线段的引入，以及尺寸上与毫米波长相比拟的拐弯、T形结、阶梯变换等不连续性的引入，限制了工作频率带宽。

通常，毫米波集成功率分配与合成网络包括波导-微带过渡结构和微带集成功率分配/合成电桥两部分，波导-微带过渡结构实现毫米波系统传输线与微带集成传输线的转换，微带集成功率分配/合成电桥则完成功率分配/合成功能。从结构上看，该电路网络由于包括两部分电路单元，电路损耗也由两部分组成；从分布参数传输理论来看，网络中含有两种电路单元，工作带宽应该是两者的交集。对毫米波电路而言，特别是毫米波固态集成电路，电路损耗是一个重要的指标。如上所述，毫米波波导-微带过渡结构已经比较成熟，采用E-面微带探针的波导-微带过渡结构在八毫米甚至三毫米频段都可以实现全频带低损耗工作。限制毫米波固态集成功率分配/合成网络工作带宽的是集成电桥结构，一般采用单级电桥可以达到10％的工作带宽，采用多级电桥可以达到更宽的工作频带(比如30％)，但其代价是可能使网络损耗增加数倍。同时，由于毫米波波长短，相应多路电桥结构尺寸小，集成多个大功率器件时，集中的多热源为高功率固态器件正常工作时的高效率散热要求带来了难题，也是常用毫米波多路功率分配/合成网络在高功率固态系统应用中难以突破的瓶颈所在。

Vassilev，V.等研究了一种毫米波3-dB功率分配器[“A new 3-dB power divider formillimeter-wavelengths”，作者：Vassilev，V.；Belitsky，V.；Urbain，D.；Kovtonyuk，S.；Microwave and Wireless Components Letters，IEEE(see also IEEE Microwave and GuidedWave Letters)，Volume 11，Issue 1，Jan 2001 Page(s)：30-32]，此种功率分配器包括毫米波矩形波导、两个探针和两条微带传输线，两个探针以矩形波导窄边中心面为对称面，沿着矩形波导E-面相向垂直插入矩形波导，且位于波导的同一E-面。由于该功率分配器由简洁的对称结构同时实现了波导-微带转换与功率分配/合成功能，因而具有低损耗、宽频带的优点，但不足之处是：空间利用率低，结构松散，不便于实现更多路的分配/合成网络。

                          发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的毫米波3dB功率分配/合成网络。此种功率分配/合成网络不仅电路损耗低、频带宽，结构紧凑、便于加工实现，具有良好的散热特性，便于毫米波固态高功率合成应用，而且与波导魔T、波导分支电桥配合使用，可方便地实现多路功率分配/合成。

本发明所述毫米波3dB功率分配/合成网络的结构如图1所示，包括毫米波矩形波导、两个探针和两条微带传输线，两个探针是毫米波矩形波导与两条微带传输线之间的过渡转换结构；两探针的形状、构造相同，两探针在矩形波导上的安装方式和安装位置是：两探针面对面沿着矩形波导E-面，从波导宽边表面的同一开口垂直插入波导内，其插装位置对称于矩形波导的宽边中心面，且两探针中心线与矩形波导传输方向上的波导短路面的理论间距为四分之一波导波长。

矩形波导的宽边中心面是电场强度最大的E-面，按上述安装方式和安装位置，两探针位于矩形波导的同一侧、相互平行，一探针在矩形波导的宽边中心面之上的E-面，一探针在矩形波导的宽边中心面之下的E-面，两探针所在E-面的电场强度相同。