[发明专利]一种多通道阻抗变换合成的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及的一种多通道阻抗变换合成的设计方法，用于现代雷达、通信系统固态发射机的高功率板线合成器设计。本发明属于雷达、通信系统天线与微波技术领域。 

背景技术

固态发射机作为现代雷达、通信系统的重要组成部分，正在越来越多的场合逐步取代真空管发射机。高功率合成器将多个固态功率发射组件产生的功率进行功率合成，设计高功率合成器是实现大功率固态发射机的关键技术。 

高功率合成器可以采取一路到多路如16路的直接阻抗变换合成，其多通道输入沿圆周分布排列，高功率合成器合成功率在圆周的正中央耦合输出。本发明涉及的高功率合成器为适应发射机柜结构设计需要采用多级分支结构设计，比如高功率合成器输入通道数量是2ⁿ（n为正整数），那么高功率合成器功率合成网络采用n级分支结构形式。和高功率板线合成器多通道输入相连的为功率合成网络第一级分支，功率总合成部位为末级分支。为了实现多通道输入功率在高功率合成器内高效、可靠地合成，同时为了提高耐功率，必须保证高功率板线合成器多通道合成功率的幅相一致性。 

通常多通道板线功率合成网络每级分支设计采取经典的多节阻抗变换设计理论，其不同阻抗变换段长度都设计为四分之一工作波长，多级分支级与级之间长度设计只考虑高功率合成器的外形尺寸，末级分支作为功率总合成采取与前级分支相同结构形式，功率总合成输出还为板线结构。这种设计方法难于实现多通道合成功率幅相一致性，降低高功率板线合成器可靠性和耐功率，同时因高功率板线合成器尺寸如多通道输入通道间距的限制带来设计瓶颈。 

发明内容

高功率板线合成器，其多通道板线功率合成网络采用多级分支结构形式。和高功率板线合成器多通道输入相连的为功率合成网络第一级分支，功率总合成部位为末级分支，高功率合成器输入通道数量是2ⁿ（n为正整数），那么高功率合成器功率合成网络采用n级分支结构形式，末级分支为第n级分支。比如16路高功率合成器，其输入通道数16，即2⁴，多通道板线功率合成网络采用4级分支结构形式，第4级分支为末级分支。为了实现多通道输入功率在高功率合成器内高效、可靠地合成，同时提高耐功率，必须保证高功率板线合成器多通道合成功率的幅相一致性。本发明涉及的一种多通道阻抗变换合成的设计方法，主要用于解决高功率板线合成器多通道合成功率的幅相一致性及其耐功率的问题。 

本发明为解决其技术问题所采用的技术解决方案为：⑴采取和通常不同的阻抗变换设计方法设计每级分支阻抗变换段，第一级分支采用的是一节阻抗变换，第二、三级分支直至末级采用的都是两节阻抗变换，结合高功率板线合成器多通道输入通道间距S和发射机柜结构设计对高功率板线合成器外形尺寸AB和CD的要求设计各级分支的多级阻抗变换段长度。⑵多级分支比如4级分支结构的级与级之间长度ab、bc和cd分别设计为四分之一工作波长的奇数倍， ab、bc和cd长度不必相同。⑶作为功率总合成的末级分支，采取与前级分支不同的结构形式，中间部位板线内导体设计为圆形形式。 

本发明与现有技术相比，在高功率板线合成器多通道输入间距S及其外形尺寸AB和CD限制的情况下，可更加方便设计高功率板线合成器多通道阻抗变换合成网络以实现多通道合成功率幅相一致性，提高高功率板线合成器可靠性和耐功率。根据本发明给出的方法研制的高功率板线合成器具有多路功率幅相一致性高、合成损耗小、工程实现便捷、耐功率和可靠性高等特点。 

附图说明

附图1为多级分支板线内导体结构形式。其中：1—第一级分支；2—第二级分支；3—第三级分支；4—末级分支（第四级分支）；5—中间部位圆形板线内导体 。 

附图2为多级分支两节阻抗变换段。其中：Z0—多级分支接口标准特性阻抗；Z1—第一节阻抗变换段特性阻抗；Z2—第二节阻抗变换段特性阻抗；L1—第一节阻抗变换段长度；L2—第二节阻抗变换段长度。 

具体实施方式

本发明涉及的一种多通道阻抗变换合成的设计方法，主要步骤（参见附图）： 

 设计多级分支结构阻抗变换段的阻抗。多级分支接口Z0为标准特性阻抗，即Z0为 50欧姆，如16路高功率合成器，根据微波技术多节阻抗变换设计理论，第一级分支采用的一节阻抗变换，中间阻抗取为70.7欧姆，第二、三级直至末级分支采用的两节阻抗变换，中间两节变换阻抗Z1和Z2都分别取为59.6欧姆和83.9欧姆，然后由板线特性阻抗公式设计阻抗变换段板线L1和L2的内导体宽度。