[发明专利]基于圆波导高次模TM01的径向波导功率合成/分配器

说明书

技术领域

本发明涉及毫米波功率合成/分配技术领域，具体涉及一种基于圆波导高次模TM₀₁的径向功率合成/分配器。

背景技术

毫米波具有波束窄、频带宽、抗干扰能力强和信息容量大等优点而受到各界关注，而毫米波功率放大器又是毫米波系统的关键部件，被广泛运用于军事雷达系统、射电天文学和太空以及无线高速传输等领域，有着巨大的应用价值和市场前景。受益于半导体材料、工艺等技术的发展，固态功率放大器输出能力得到很大提升，然而单个固态器件的输出功率仍是有限的。采用组合多个相干放大器的功率合成技术可以将放大器的功率输出能力成倍提升，从而达到取代中小型行波管的目的，可实现体积小、重量轻、可靠性高、寿命长、电压低、失效率低等优点。

功率合成技术的关键是要实现多路数、宽频带、低损耗、高平衡性的功率合成/分配网络，将一路输入信号分为若干路支路信号，再将放大后的支路信号用功率合成网络合成，最终系统的输出功率等于每个固态器件输出功率之和，从而实现输出功率的倍增。

在物理结构上，径向波导的角向方向具有中心对称性，对于每个支路信号而言，经过的路径相等，可以实现良好的幅度平衡性。同时径向波导属于波导传输结构，具有插入损耗小、功率容量大等优点，在毫米波功率放大合成电路中具有巨大的优势。

YazhouDong,Shi-weiDong等人研制了一种多路合成式功率放大器模块，[“60GHzLowLoss,AmplitudeandPhaseBalancedRadialWaveguidePowerCombiner”.]，该段多路功率合成放大器的核心电路是一个基于TEM模的同轴径向功率分配器，先将矩形波导过渡为同轴线，在利用同轴线TEM模激励径向功率分配器，每个输出端口可以获得等幅同相的信号，经固态器件放大后，再合为一路。该电路中，同轴线的尺寸非常小，需要非常严苛的加工和装配要求，制造成本高且成品率低，当工作频段更高时，尺寸更小，这种结构就更加难以实现。另外，同轴线的功率容量远小于空心波导，损耗远大于空心波导，因此不适合大功率使用。

本发明采用圆波导代替同轴线结构，利用圆波导中的高次模TM₀₁模作为工作模式，具有场分布的中心对称性、功率容量大、损耗小以及电路尺寸大等优势，适用于毫米波高端频率的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够适用于毫米波频率高端的波导多路功率合成/分配器，利用模式转换器在圆波导中激励起TM₀₁模。TM₀₁模是空间对称模，因此在各个分配端口可以得到等幅同相的信号。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该径向波导功率合成/分配器包括一个矩形波导输入端口，一个模式转换器，一个圆波导，一个匹配结构以及若干个(n≥2)矩形波导输出端口。矩形波导中的TE₁₀模通过模式转换，在圆波导内激励起一个TM₀₁模，从而同时实现圆波导横截面上场分布的时间对称性和空间对称性；该圆波导输入口、匹配结构以及若干个(n≥2)矩形波导输出端口，可以实现TM₀₁模到n个矩形波导TE₁₀模的模式转换和等幅同相功率分配。

进一步的是，所述矩形波导为BJ900标准矩形波导。

进一步的是，所述的模式转换器匹配结构位于矩形波导与圆波导激励口之间，用于激励TM₀₁模。

进一步的是，所述径向功率合成/分配器的输入信号为TM₀₁模，分为n≥2路矩形波导的TE₁₀模，每个输出端口的等幅同相。其中匹配结构为一个薄的大圆台。

本发明的有益效果：该径向波导功率合成/分配器利用模式转换实现输入矩形波导TE₁₀模到圆波导TM₀₁模的转换。圆波导内TM₀₁模的场结构关于圆心呈时空对称性，能够用于径向功率合成/分配器，得到n路等幅同相的支路信号。该发明与使用同轴线的TEM模相比，其好处主要是电路的尺寸更大，降低了加工要求，并且功率容量大、损耗小，尤其适用于毫米波高端频率。

附图说明

图1是本发明基于圆波导高次模TM01的径向波导功率合成/分配器的结构示意图；

图2是本发明基于圆波导高次模TM01的径向波导功率合成/分配器中的分配器示意图；

图3是本发明基于圆波导高次模TM01的径向波导功率合成/分配器的曲线图；