[发明专利]渐变鳍线扩展波导空间功率分配合成器

说明书

技术领域

本发明涉及一种渐变鳍线扩展波导空间功率分配合成器。

背景技术

微波毫米波固态功率放大器作为微波毫米波雷达、制导及通信等系统的一个重要组成部分，已经成为微波毫米波领域研究的重要课题。随着对放大器输出功率要求的不断提高，单个放大芯片的输出功率已不再能够满足系统工作的需要，因此，必须采用多路放大、功率合成的技术以有效提高整个放大电路的输出功率。

由于传统的平面电路功率分配合成技术所采用的技术方案在结构实现上都比较复杂，降低损耗和有效散热问题都很难解决，因而合成效率和合成功率并不十分理想。基于波导的空间功率合成技术可以有效地防止辐射损耗，具有频带宽、损耗低、散热快、幅相一致性高及功率容量大等优点，较好地弥补了平面电路功率合成技术的不足。因而，基于波导的功率合成技术逐渐成为毫米波空间功率合成技术的研究热点。

目前空间功率分配合成技术主要采用波导内叠片方式，通过放置于每层叠片上的有源鳍线天线实现功率的放大。功率的分配和合成借助于有源鳍线天线阵在波导内实现，典型的实现结构如图1所示。这种结构的优点是结构紧凑，但是其最大的缺点是无法达到有效的散热，同时，也容易激起高次模，从而大大影响了其功率合成的效率。同时，在毫米波频段由于波导内空间非常狭小，无法放置放大芯片，因此，该结构只适合于微波频段，无法在毫米波频段实现多路的功率分配与合成。

随着微波毫米波技术在雷达、制导及通信等领域的广泛应用，对微波毫米波信号源的带宽、增益及输出功率等指标都提出了越来越高的要求。微波毫米波固态功放芯片虽然具有尺寸小、重量轻、可靠性高及电路结构紧凑等优点，但由于目前单个固态器件的输出功率受自身半导体物理特性的影响以及散热、加工工艺、阻抗匹配等问题的限制而远远达不到实际工程中要求的输出功率，因而无法满足微波毫米波大功率通信系统的要求。因此，在单个器件输出功率有限的情况下，采用多个固态器件的功率合成技术是提高系统输出功率的有效方法。而目前国内外功率分配合成技术所遇到的普遍问题是如何进一步有效地提高功率分配合成效率、降低损耗、增大工作带宽及提高功率容量等。

本发明要解决的技术问题就是有效提高功率分配合成器的宽频带、大容量、高效率及低损耗等技术难题。

发明内容

本发明通过对国内外微波毫米波空间功率分配合成技术的深入分析和研究，提出了一种新型的基于渐变鳍线阵列的宽带多路扩展波导空间功率分配合成技术。该技术采用具有低损耗、宽频带特性的扩展波导空间功率分配合成结构，扩展波导主要由同轴台阶状阻抗变换结构和16路具有高幅相一致性和高功率分配合成效率的阻抗渐变对极鳍线阵列构成，每一路对极鳍线均可通过对极鳍线-微带线转换结构在微带电路上实现功率的单路放大，最终的功率合成在扩展波导内完成。该技术将功率放大器的增益放大电路和功率放大电路置于扩展波导外，不但有效地解决了散热问题，而且大大提高了系统的功率容量。该技术的适用频率范围可覆盖微波毫米波多个频段，输出功率可根据不同频段的带宽要求结合具体的功率器件灵活调整。

本发明的技术方案如下：