[发明专利]一种毫米波段信号功率放大与合成方法

说明书

技术领域

本发明属于微波技术领域，涉及微波信号功率放大与合成，具体是一种基于毫米波段3dB波导裂缝电桥实现毫米波段信号功率放大与合成方法。是一种能有效减小放大器与功率合成系统的体积、重量、设备量，降低功率合成系统的调试难度与成本，改善毫米波段注锁放大器功率合成系统性能的实用方法。

技术背景

毫米波技术广泛应用于导弹精确制导、雷达及保密通信等领域。功率放大器是毫米波系统的关键部件，其输出功率的大小直接决定了系统的威力、抗干扰能力及通信质量等指标。毫米波段特别是在W波段及以上频段，由于半导体材料的特性导致单个器件固态毫米波源的输出功率比较小，单管振荡器常常难以满足大功率固态毫米波系统对发射功率的要求，解决毫米波频段输出功率不足的最有效方法就是功率合成技术，同时要保证系统的相参性。

传统的注入锁定放大方法是W波段以上毫米波段实现信号功率放大的主要方法，由一只三端口环行器和一只毫米波振荡源组成，工作时将毫米波小功率信号通过环行器注入具有较大输出功率的毫米波振荡源，对其较大功率输出信号进行锁定后经过环行器输出。其具体实现方法如图1(a)所示，小功率信号如图1(b)所示，从环行器1的端口I输入，经过环行器1后由端口II注入毫米波振荡器2。该振荡器可以产生较大功率毫米波自由振荡频率信号如图1(C)所示。通过设计和调节使毫米波振荡器2的自由振荡频率与注入小功率信号的绝对频率偏差小于毫米波振荡器的注锁带宽，以满足振荡器的注入锁定频率要求。调节注入小功率信号的功率来满足振荡器注入锁定的功率要求。当频率偏差和注入功率同时满足要求时，毫米波振荡器2的自由振荡频率会被环行器1的端口I注入的小功率信号所同步，这种现象称为注入锁定，而被锁定的大功率信号如图1(d)则从环行器1的端口III输出，频率与注入小功率信号相同，从而实现对注入小信号的放大。

传统毫米波功分器多采用波导E-T分支或H-T分支形成如图2(a)所示，当图2(b)所示电压幅度为1的毫米波信号由功率分配器3的端口I输入时，端口II和端口III均有电压幅度为的同频、图2(c)和图2(d)所示同相位信号输出。用于功率合成过程与功率分配相反。

传统的毫米波段注入锁定功率放大器功率合成方法是将上述二者结合，在输出端加上合成网络如图3(a)所示，它是将图3(b)所示幅度为1的毫米波小功率信号经过功率分配网络4实现功率分配，功分以后的两路毫米波小功率信号如图3(c)、图3(d)所示分别通过环行器5和6注入输出功率的较大毫米波振荡源7和8对其进行锁定。锁定以后的较大功率毫米波信号如图3(e)、图3(f)所示分别经各自的环行器5和6输出，然后再由毫米波功率合成网络9进行功率合成，从而得到所需要的合成功率信号如图3(g)所示。传统的毫米波段功率合成方法成功应用于毫米波段注入锁定功率放大器的功率合成，但缺点明显如设备复杂、体积、重量大、成本高、系统调试难度大，不利于系统小型化和低成本等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对传统的毫米波段注入锁定功率放大与合成方法在系统体积、重量、成本与调试难度等方面存在的不足之处，提出一种利用毫米波3dB波导裂缝电桥实现功率分配和合成的新型毫米波段注入锁定功率放大与合成方法，用毫米波3dB波导裂缝电桥毫米波段小功率信号输入功率分配网络与大功率输出信号功率合成网络复用，省去了传统毫米波段注入锁定功率放大与合成方法中的功分网络、两个环行器和合成网络。从而实现减小毫米波段注入锁定功率放大器功率合成系统体积、重量与设备量，提高放大带宽，改善合成功率输出平坦度的目的，降低了实现成本与电路调试难度。

本发明采用的解决问题的技术方案是：利用毫米波3dB波导裂缝电桥耦合端口比直通端口落后90°的特殊相位关系，形成的功率分配同时也是功率合成的复用网络，利用两个毫米波振荡器构成两个注入锁定功率放大器电路；将一路毫米波段小功率信号直接注入毫米波段3dB波导裂缝电桥，经过功率分配以后形成两路幅度相等，相位相差90°的毫米波段小功率信号输出，由两个注入锁定功率放大器电路分别对两路毫米波段小功率信号进行锁定放大，经过注入锁定放大的功率信号再经过毫米波3dB波导裂缝电桥进行功率合成，形成一路与注入锁定放大的功率信号同相的毫米波大功率信号，从而同时实现对注入电桥的毫米波小信号的功率放大和功率合成。