[发明专利]环状金属对结构填充开槽波导得到等相位波导信号分配器

说明书

技术领域

本发明涉及一种信号功率分配器，特别是涉及一种环状金属对结构填充开槽波导得到等相位波导信号分配器。

背景技术

随着军用和民用通信的发展，对宽带，大功率的放大器需求与日俱增。在毫米波通信雷达系统中，由于工艺的限制，单个功率源提供的功率完全不能满足通信系统的需求，为此，提出了一种空间功率分配的方案，将功率在空间中分配成多路分别进行放大然后再合成输出。空间功率合成技术中发展较快的是基于波导的空间功率合成技术，该技术采用托盘技术，实现多路功率的分配与放大，可以大大地提高波导的功率输出，同时也具有良好的散热特性和比较高的合成效率，使用广泛。波导内空间功率合成放大器设计中一个关键技术就是无源空间功率分配的设计。功率分配的性能好坏决定了整个功率放大器设计的成败，设计过程中一般要求分配合成网络在完成功率分配合成功能的同时，也具有比较低插入损耗和回波损耗，同时要求分配出来的信号能够等相位输出。

对于传统的波导信号分配器，一般要控制几路输出信号保持相位一致，因此要求设计的波导结构尺寸误差极其精确，采用周期开槽来实现多路信号的输出相位一致，而且传统的波导信号分配器往往由于波导内多种模式波的存在导致波导分配器的相位分配和功率分配都不能达到预期的效果，所有这些使得传统波导分配器在设计制作上存在着很大的不足。

发明内容

为了克服现有的波导分配器存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种环状金属对结构填充开槽波导得到等相位波导信号分配器。利用环状金属对结构填充波导实现等相位波导信号分配器，使其能够实现信号的多路等相位分配。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

包括结构相同的三层以上环状金属对结构构成的波导填充介质片，相邻两片波导填充介质片之间留有间隙，每层波导填充介质片上的环状金属对结构中的两个金属环相反方向中间分别开一个缺口，且环状金属对结构中的两个金属环之间留有间隙，将三层以上波导填充介质片平行矩形波导馈源和开槽面嵌入开槽矩形波导，波导开槽口在开槽矩形波导的宽度方向上，波导开槽口的大小和间距任意设置。

所述的环状金属对结构在y方向上以6毫米为周期，在z方向以10毫米为周期排列在波导填充介质片上，环状金属对结构中的两个金属环的线宽为0.32毫米，每一个金属环的长度3.75毫米，宽度2.94毫米，缺口的宽度为0.55毫米，两个相背的金属环距离0.2毫米，波导填充介质片的厚度为1毫米，相邻两层波导填充介质片之间的间隙为16毫米。

所述的开槽矩形波导在x方向的波导宽度为75毫米，在z方向的波导口尺寸为37.5毫米。

所述的波导填充介质片为FR4板

该波导填充介质片工作频率在10GHz的时候，朝x方向上的等效磁导率为0，这样在该介质中的色散曲线变成了

k_x＝k₀，k_y＝0

其中k_x表示的x方向上的波矢，k₀表示在该频率时候真空中的波矢。因此馈源放在该介质中，产生的电磁波传播方向为x方向，没有y方向的分量(k_y＝0)，同时根据Δφ＝k_y·Δd知道，当k_y等于0的时候，表示在y方向上相位不会随着距离的变化而变化，也就是在这个方向上，相位都是相等的，从而使得该矩形波导内部，沿y轴方向相位保持不变，因此在任何地方开槽耦合出去的信号的相位都是相等的。

对于传统的矩形波导功率分配器，如果要实现较好的等相位信号输出，要求波导上的开槽必需有严格的周期性，而且即使周期性很好，也会由于波导内传播模式的多样性导致相位的不一致性，因此原有的这种矩形波导功率分配器有着很大的局限性。本发明不仅可以克服这个相位的不一致性，使得波导内的传播模式固定，而且可以任意开槽而输出等相位信号。

本发明与背景技术相比具有的有益效果是：

本发明有益于在要求等相位功率分配时使用，可以有效做到各匹配输出口的等相位输出，在波导内不存在其他模式的行波，使得波导内传播模式单一化，因而完全克服了传统波导信号分配器相位输出不一致的不足。

本发明可以应用于通信系统中信号多路分配、等相位耦合。与传统的分配器相比，本发明的系统结构具有结构简单，成本低廉，等相位性好等优点。

综上所述，本发明提供一种等相位波导信号分配器，不论是在结构上或是功能上都有较大的改进，且在技术上由较大的进步，并产生了实用的效果，确实具有增进的功效，从而更加适于实用。

附图说明

图1是环状金属对结构的正视图。