[发明专利]波导-微带集成功率分配器及合成器

说明书

技术领域

本发明属于微波毫米波固态功率合成技术领域；特别涉及毫米波、亚毫米波段宽频带低损耗波导-微带集成功率分配与合成技术。

背景技术

随着工作频率的上升，由于材料、工艺原因，固态器件输出能力呈指数下降，例如当前八毫米波频段单器件输出能力在5W左右，三毫米波频段固态单器件输出能力只有100-200mW左右，远远不能满足系统需求。功率合成技术是解决单器件输出能力不足，获取更高功率的有效手段。功率合成实际上是各合成信号的矢量叠加，要求各合成信号为等幅同相关系；同时还要求合成时信号路径损耗低。对于毫米波功率合成技术来说，各放大单元采用同一批次功率单片实现，为合成各支路信号幅度和相位一致性奠定基础；采用低损耗对称结构的合成网络，保证各支路信号传输路径等幅同相关系，同时满足信号的低损耗传输要求；并且合成网络要求便于集成固态功率单片。因此，设计低损耗、幅度相位一致性良好、支路便于集成固态功率器件的功率分配/合成器是获取毫米波高功率的关键。

对毫米波频段来说，较短的工作波长使得这种低损耗、支路幅度相位一致、便于集成固态功率器件的功率分配/合成器设计难度更大。近年来，国内外学采用了波导-微带集成结构，实现了毫米波功率分配/合成。这种类型的功率分配/合成器将波导立体传输线与微带集成传输线有机地结合起来，同时实现了功率分配/合成和波导-微带过度转换，为毫米波固态功率合成实现奠定了一定基础。其中，文献[1](“A broad-band 3-dB in-phase divider for millimeter-wave lengths”，作者：Xiaoqiang Xie，Xiao liu，Weigan Lin.Asia-Pacific Microwave Conference，2008)所述为一个0°3-dB波导-微带集成功率分配器，结构尺寸紧凑，可与波导电桥结合实现更多支路的功率分配/合成。该结构中，两微带线处于面对面放置，关于波导中心面对称，从波导宽边同侧插入波导。两微带线间距小于波导宽边尺寸。在实用中，后续电路需要在该功分结构两微带线金属条带上分别安放固态器件，两微带线间需预留一定间距，该间距不仅要大于固态器件高度的两倍，还要满足加工需要。因此，安放单个固态器件的空间高度小于波导宽边尺寸一半。随着频率增高，波导尺寸变小，波导宽边尺寸将不能满足安放两固态器件的需要，因此，这类功率分配/合成器只能用在毫米波低端以下频率，如文献[1]所述8mm频段。

文献[2](“Design of a Full Band，Compact  Waveguide-Microstrip PowerSplitter Using Multilayer PCB Technology”，Hong Yi Lim，Zhicheng Wei，Zhuo Li，Geok Ing Ng，Yoke Choy Leong，Radio-Frequency Integration Technology，2009.RFIT 2009.)与文献[1]中结构相比较，两微带的安放方式并未变化。其改进在于：1.探针的结构由文献[1]中的3段变为4段，以获得更好的宽带效果，但是从仿真结果来看，改进后效果不明显；2.文献[2]中功分结构将文献[1]中两探针间未填充介质的空间用介质填满，并采用多层PCB技术进行制作。由于两探针间充满介质，无法安装固态器件，不能用于固态功率合成技术领域。因此，文献[2]中功分器相对于文献[1]中的功分器无实质性、可实际运用的改进。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种波导-微带集成功率分配器及合成器。

本发明的具体方案是：波导-微带集成功率分配器及合成器，包括矩形波导、介质基板、嵌入介质基板中的公共地、以公共地对称并贴附在介质基板上表面和下表面的两个微带探针，所述两个微带探针分别与两组微带线阻抗变换段、两微带传输线依次连接构成两组平行的并以公共地对称的分别位于介质基板上表面和下表面的微带线，所述两个微带探针沿着矩形波导E面从矩形波导宽边侧壁开口垂直插入矩形波导内，其插装位置对称于矩形波导的宽边中心面；且两微带探针的中心线与矩形波导传输方向上的波导短路面的理论间距为四分之一波导波长。