[发明专利]一种基于基片集成波导的Ka波段功率合成器

说明书

技术领域

本发明属于微波/毫米波器件技术领域，涉及一种Ka波段功率合成器，尤其是基于基片集成波导的紧缩型功率合成器。

背景技术

毫米波功率合成放大器作为毫米波系统中的常用器件以及提高毫米波固态电路输出功率的基本技术，一直得到国内外学者的热切关注与研究。它通过组合若干个相干单元，或者通过叠加多个分离电路功率的方法，获得更大的输出功率。其主要采用金属波导和平面微带电路形式，传统金属波导结构差损低、Q值高，但它造价高、重量高；而微带结构虽然重量轻，且为平面结构，但它的差损大，限制了它们在实际中的应用。

基片集成波导是近十多年来出现在微波毫米波领域内的一种具有插入损耗小、辐射低、功率容量高等优点的集成于介质基片中的新型导波结构。它通过成排的金属通孔在双面覆盖金属层的低损耗介质基片上形成等效的矩形波导导波系统，进而获得与填充介质的金属矩形波导相似的传播特性。基片集成波导可以有效地实现无源器件和有源器件与电路的共面集成，在加工成本方面与传统的波导形式微波毫米波器件相比具有明显的优势；在频率较高的频段内，优势更加突出，非常适合微波毫米波电路的高集成设计与批量生产。

为了进一步减小尺寸，提高集成度，最近又提出了一种改进结构——半模基片集成波导(Half Mode Substrate Integrated Waveguide，SIW)。利用基片集成波导工作在主模状态时其纵向中心对称面可等效为磁壁的特性，在结构上可以沿中线分割成对等的两个半模导波结构，也就是半模基片集成波导。新结构在尺寸上较原有的基片集成波导减小约50％，同时保持了基片集成波导的优良性能。

国内外学者对基于SIW的功率合成放大器做了很多研究：2003年，Simon Germain等人在Ka波段设计实现了Y型及T型SIW二等分功率分配器，其中Y型功分器在25.2％相对带宽内获得小于-18dB的反射损耗，而T型功分器则在10.2％带宽内获得了小于-19dB的反射损耗。2005年，R G Bosisio等人提出了一种新型小型化的SIW六路功分器设计，22～26GHz频段内实现了反射系数小于-20dB。在Ka波段，2008年8月，金海燕等人结合全模和半摸基片集成波导，设计出了33.5～35.5GHz频段内反射小于-10dB，在34.3GHz达到最小差损2.1dB的8路功率合成放大器(如图1所示，详见：金海燕，“A Novel Spatial Power Combiner Based on SIW and HMSIW”IEEE MTT-S IMWS，2008年12月)。但金海燕等人设计的结构，功分器采用360度功分，并且在合成时支路信号差为两个360度，只能在特定频点能达到这要求，所以反射带宽较小、尺寸较大、差损也不够小。

发明内容

本发明提供一种基于基片集成波导的Ka波段功率合成器，在性能上具备插损小、反射带宽大的同时，具有尺寸小、重量轻、造价低等特性。

本发明技术方案如下：

一种基于基片集成波导的Ka波段功率合成器，包括输入信号功分结构A和功率合成输出结构B。

所述输入信号功分结构A为微带-半模基片集成波导混合电路结构，包括两级功分结构：第一级功分结构为Y型微带线2等分功分器A1，第二级功分结构为两个半模基片集成波导2等分功分器A3。所述Y型微带线2等分功分器A1的两个输出支路分别通过渐变微带线A2连接至两个半模基片集成波导2等分功分器A3的输入端，两个半模基片集成波导2等分功分器A3背靠背设置并向两外侧输出。

所述功率合成输出结构B为半模-全模基片集成波导结构，包括两个半模基片集成波导功率合成器B1和一个半模-全模基片集成波导功率合成器B2；所述两个半模基片集成波导功率合成器B1的输出端分别与所述半模-全模基片集成波导功率合成器B2的两个输入端连接，所述半模-全模基片集成波导功率合成器B2的输出端再通过梯形微带过渡线B3过渡到输出微带线。

所述半模基片集成波导2等分180度功分器A3的两个输出端分别通过各自放大器与所述半模基片集成波导功率合成器B1的两个输入端相连。整个功率合成器结构呈中心线对称；所述功率合成输出结构B的两个半模基片集成波导功率合成器B1形成对两个半模基片集成波导2等分功分器A3的半包围结构，使得所述功率合成输出结构B与所述输入信号功分结构A形成嵌入式结合，实现结构上的紧缩。

上述技术方案中，

1、所述Y型微带线2等分功分器A1的输入微带线特性阻抗为50欧姆，两个输出支路微带线特性阻抗为100欧姆；所述输出微带线的特性阻抗为50欧姆。