[发明专利]同轴-脊波导-微带转换结构功分器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于扩展同轴波导的空间功率分配器，具体地说涉及一种新型的同轴-脊波导-微带转换结构的超宽带多路功分器。

背景技术

随着军用与民用通信系统的快速发展，对于高效、宽带大功率放大器的需求与日俱增。单个固态器件输出功率由于受自身半导体物理特性的影响以及加工工艺、散热、阻抗匹配等问题限制而远远达不到功率应用的要求。为了解决这一问题，人们研究了采用多个固态器件进行功率的分配、放大、合成的方法来获得高功率输出，即固态功率合成技术。因此，宽带多路功分器/合成器成为宽带大功率合成放大器的关键部件，直接决定了大功率合成放大系统性能指标的好坏。

在各种功率合成技术中，传统的混合型功分/合成电路，如Wilkinson功分器、Lange耦合器和分支线耦合器等，在微波毫米波频段由于功率合成效率低或工作带宽窄等一些固有的缺陷已不适用；准光功率合成技术在结构实现上比较复杂，不易小型化，而且工作带宽较窄；矩形波导功分/合成电路带宽受限于低端截止频率，其色散特性使宽带阻抗匹配较难实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种超宽带多路功分器，克服现有功率合成技术中带宽窄、损耗大、功分/合成端口数量少等缺陷，使得功分器具有超宽带、低传输损耗、可实现任意多路功分输出、各路功分输出信号幅度与相位一致性好、带内平坦的群时延特性、与外围其他平面电路易于集成等优点。

为了实现上述目的，本发明提出了一种新型同轴-脊波导-微带转换结构的超宽带多路功分器。其具体技术方案如下：同轴-脊波导-微带转换结构功分器包括输入同轴接头、同轴锥形渐变过渡、展同轴波导、包含多级阶梯脊波导和微带线输出结构。其特征在于，所述同轴波导功分器结构为轴旋转对称结构，采用同轴-脊波导-微带转换结构实现多路等幅同相功分和同轴-微带过渡，有一个同轴输入端口和多个微带输出端口。

射频信号由输入同轴接头馈入后，通过锥形同轴渐变过渡传输到扩展同轴波导，以实现标准同轴接头和扩展同轴间良好的超宽带阻抗匹配，使输入端信号反射最小。

输入同轴接头与扩展同轴波导之间通过锥形同轴渐变过渡实现良好的超宽带阻抗匹配，也可以通过同轴内导体或者/和外导体多级阶跃实现良好的超宽带阻抗匹配。

扩展同轴波导与微带线之间通过多级阶梯脊波导实现阻抗过渡，或者采用曲线函数渐变脊(如呈指数、正弦或余弦函数等过渡)波导过渡。多级阶梯脊波导或曲线函数渐变脊波导过渡一方面实现超宽带阻抗匹配，另一方面实现多路信号功率的等幅同相分配，一步完成信号功率由输入同轴接头到多路微带线等幅同相的输出。

每路实现过渡的多级阶梯脊具有相同的形状，包括脊的厚度，高度等各个方面，以实现各端口的等幅同相输出。脊片始端呈三角形，之后每一级呈矩形，并且最后一级距扩展同轴内导体的距离与介质基板厚度相同。

在同轴波导中，所有多级阶梯脊沿圆周均布，相邻脊之间的夹角相等，且其夹角为360/N(N为功率分配数目，比如十六路功分器，N＝16)；所有多级阶梯脊的分布具有轴对称特性，以保证每路功分信号具有等幅同相特性。

各个多级阶梯脊固定于外导体上，整个同轴波导内可采用空气或介质填充。各路多级阶梯脊的终端跟微带线直接连接。这种新型超宽带多路功分器，它包括一路功率输入端口，多路输出端口(十六路，二十四路或者更多)，同轴锥形过渡，以及脊波导过渡。

本发明所提出的同轴-脊波导-微带转换结构功分器工作原理如下：

N个脊波导-微带转换结构在同轴功分器内沿圆周均布以实现N路并行功分，整个功分电路具有轴对称性，以保证N路功分信号幅度相等，相位一致，N路信号功分可一步实现，可最大限度地减小信号传输损耗。

这种并行功分电路结构和场分布都具有轴对称性，只要保证实现信号功分功能的脊波导-微带转换结构沿圆周均匀分布，就可以实现各路功分输出信号幅度与相位一致，而与信号功分路数无关。因此，本发明可实现任意功分路数(功分路数可为2，3，4，5，…等)，极大地增加了电路设计灵活性，可满足各种不同的特殊的设计需求。

当需要增加这种功分电路的信号功分路数时，只要在同轴波导内增加脊波导-微带转换结构数量并保证功分电路的轴对称性就可实现，因此，本发明可实现大数量的信号功分路数(功分路数可达16路或32路以上)，在微波毫米波多功率器件大功率合成系统中有应用优势。