[发明专利]毫米波超宽带空间功率合成网络

说明书

技术领域

本发明涉及一种主要应用于毫米波超宽带功率合成放大器中。

背景技术

目前国内研制较为成熟的电子对抗装备工作频率在18GHz以下，而在毫米波频段，电子对抗的研究才刚起步，特别是对其中的核心部件毫米波宽带大功率固态功放的需求越来越迫切。毫米波频段的宽带放大器件输出功率有限，欲实现大功率输出，采用功率合成技术是一种有效的解决途径。目前，应用最多的功率合成技术包括电路合成与空间功率合成两种。

宽带的电路合成技术通常采用平面传输线结构的多级阻抗变换威尔金森电桥和多指Lange耦合器，而合成路数的扩展采用将它们自身或相互级联实现。平面传输线随着频率的上升其损耗越来越大，特别是在毫米波频段，多级阻抗变换带来的过长平面传输线极大地降低了威尔金森电桥的合成效率。在毫米波频段，由于宽带多指Lange耦合器的线宽与线间距过小，难以通过薄膜工艺实现，只能采用芯片级工艺。毫米波芯片中广泛采用的GaAs衬底材料介电常数高，造成线宽更窄，损耗进一步加大。通过查询国内外相关产品资料，采用0.1mm厚的GaAs衬底制作出来的宽带Lange耦合器在40GHz处的损耗约为1dB。若采用上述平面电路技术将合成支路数扩展至4路或以上必将带来更大的损耗。

空间功率合成器借助低损耗的空间结构传输线代替传统的平面传输线作为射频信号的主传输线，在需要采用放大器件进行放大的位置才通过某种过渡结构将能量转换至平面电路上，有效缩短高损耗的平面传输线长度，提高功率合成的效率。但现有的空间功率合成器多采用矩形波导作为射频信号的主传输线，由于矩形波导的主模工作带宽有限，如标准矩形波导WR34与WR28，主模工作带宽分别为18GHz-26GHz与26GHz-40GHz，无法覆盖18GHz-40GHz的频率范围。

综上所述，现有的功率合成技术还难以在毫米波频段兼顾宽频带和高合成效率这两个要求。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种具有频段宽、效率高，能够覆盖18GHz-40GHz的频率范围的毫米波超宽带空间功率合成网络，以突破空间功率合成器工作带宽的瓶颈。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种毫米波超宽带空间功率合成网络，包括从标准双脊波导宽边7将其切割为三层的组合体，其中两个相向对称的T形外层8与中间T形内层9结合固联为一体，形成一个向外凸出的T形结合体和两个相向对称的E形对合标准双脊波导宽边7与标准双脊波导输出端口1，其特征在于，四个分布在上述组合体后面的微带传输线输入端口2设置在T形外层8与中间T形内层9的结合线缝上，从四个微带传输线输入端口2输入射频信号，最终合成至标准双脊波导输出端口1输出；微带双探针12从单脊波导宽边16垂直插入，面对面地分布在波导单脊背19的两侧，将微带传输线14上的射频信号过渡至非标单脊波导21中；过渡至上下两路非标单脊波导21中的射频信号通过T型接头3合成至非标双脊波导20；T形外层8的U形槽底内壁上制有两级阻抗变换阶梯10，在把非标双脊波导20转换至标准双脊波导6的同时，将射频信号过渡至标准双脊波导输出端口1；上下两个非标单脊波导21中的波导单脊背19分别转角延伸通过非标双脊波导20，并最终进入标准双脊波导6中构成双脊背17。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

本发明脊波导宽边T型功率合成器与脊波导宽边微带双探针过渡相结合实现毫米波超宽带空间功率合成网络。采用了具有宽主模工作频带（18GHz-40GHz）的标准双脊波导传输线WRD180作为波导标准双脊波导输出端口1；通过两级阻抗变换阶梯10将非标双脊波导20转换至标准双脊波导输出端口1，由于非标双脊波导20在工作频率的低端具有较为平缓的特性阻抗—频率响应，有利于通过圆弧倒角18与梯形台阶11共同实现脊波导宽边T型功率合成器的宽带匹配；将上下两个非标单脊波导21中的波导单脊背19分别转角延伸通过非标双脊波导20，并最终进入标准双脊波导6中构成双脊背17，使得射频信号主要集中在了波导单脊背19与单脊波导宽边16之间；将微带双探针12从单脊波导宽边16垂直插入，并面对面地分布在波导单脊背19的两侧，通过耦合将射频信号从微带双探针12过渡至波导单脊背19与单脊波导宽边16之间。由于射频信号主要集中在了波导单脊背19与单脊波导宽边16之间，使得该耦合结构具有宽带、高效率的特点。这种耦合过渡相比现有的渐变脊背接触式过渡，在毫米波频段具有更小的损耗以及更好的集成安装性。