[发明专利]高隔离度同轴径向功率分配器

说明书

技术领域

本发明涉及毫米波功率合成技术领域，具体涉及一种高隔离度的径向功率分配器。

背景技术

毫米波功率放大器是毫米波系统的核心部件，是毫米波领域的研究热点，被广泛运用于军事雷达系统、射电天文学和太空以及短距离无线高速传输等领域，有着巨大的应用价值和市场前景。近年来各个领域对放大器输出功率的要求越来越高，但由于单只管子输出功率有限，而提高单管输出功率不仅增加成本，而且随着输出功率的增加，导致稳定性和可靠性降低。因而采用组合多个相干放大器的功率合成技术是个必然的选择，该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、成本低、可靠性高、寿命长、电压低、失效率低等性能。

对于多功率合成技术而言，最为重要的是实现多路、宽带、低损耗的功率分配器，将一路信号分为若干路分别放大后，再将功率分配器用作功率合成器完成多路信号的合成，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。

功率分配器作为功率合成电路中的关键器件，直接影响功率合成效率，不仅要求分配幅度和相位具有一致性，而且还要求端口间具有较高的隔离度。而基于同轴形式的径向波导功率分配器由于具有抗干扰，损耗低，工作频带宽等优点，得到了广泛的应用。实现高隔离度的功率分配器是目前功率合成技术的重大难点。

本发明基于以上难题，提出了一个基于同轴线TEM模的多路径向具有高隔离的功率分配器。本发明的传输线均采用主模传输，模式纯净，避免了其它模式的干扰，在同轴线与矩形波导之间采用3阶圆台匹配结构，减少输入端口的回波损耗；另外输出端口之间新添加了隔离端口，且其匹配结构经过精密设计，能显著提升各端口之间的隔离度。本发明适用于毫米波频段中具有极大的应用价值，也能够向更高频率扩展。

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宽带高隔离度多路功率分配器，在各个输出端口得到等幅同相且具有高隔离度的信号。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该同轴径向功率分配器包括一个同轴线输入端口，一个圆台匹配结构，多个矩形波导输出端口、分支隔离端口及其相应的匹配结构。同轴线的一端作为输入端口，另一端连接一个圆台匹配结构，TEM波从同轴线的一端进入，到达圆台匹配结构，将TEM波转换为在矩形波导中传播的TE₁₀模，而后在隔离端口实现输出信号的隔离，最后在矩形波导端口输出丰富同相的多路信号。

进一步的是，所述同轴径向功率分配器中，同轴到矩形波导的圆台匹配结构为3阶圆台，且其半径从上往下依次增大，这样依次渐变的结构保证了同轴TEM模式到矩形波导TE₁₀顺利过渡，减少回波损耗，也可以增加工作带宽。

进一步的是，所述同轴径向功率分配器中，在任意两个输出端口之间添加一个端口，即隔离端口。用奇-偶模分析法对同轴径向功率分配器进行分析时，其模型结构可以简化为如图4所示的一个四端口的结构。类比波导魔T的原理，信号由同轴端口输入，在两矩形波导端口输出等幅同相的两路信号，而两输出端口间添加的端口为隔离端口，这样可以实现两输出端口之间信号的高度隔离。

进一步的是，所述同轴径向功率分配器中各输出端口和隔离端口的连接部分，设计了一个匹配结构，具体由一个调谐圆柱，一个隔离板以及一个由圆锥经过多次切割形成的类椎体结构组成。经过精密的设计，使得在输出端口间的信号隔离度大大增加，也保证了输入以及隔离端口具有良好的反射系数。

本发明的有益效果：一、输入采用同轴线，具有抗干扰，损耗低，工作频带宽等优点；二、同轴线与矩形波导之间采用3阶圆台匹配，过度平滑，减少输入端口的回波损耗，也增加了工作带宽，同时圆台匹配结构非常简单，易于加工和装配；三、传输线均采用主模传输，模式纯净避免了其它模式的干扰；四、在输出端口之间添加了新型隔离端口，其匹配结构经过精密设计，显著提升了各端口之间的隔离度，稳定各端口的回波损耗，使能量在不同端口之间有序稳定地传输，增加了系统的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是本发明基于高隔离度同轴径向波导功率分配器的结构示意图；

图2是本发明基于高隔离度同轴径向波导功率分配器的结构俯视图；

图3(a)是本发明基于高隔离度同轴径向波导功率分配器中模型简化整体示意图,(b)是本发明基于高隔离度同轴径向波导功率分配器中模型简化左视图；

图4是本发明基于高隔离度同轴径向波导功率分配器n＝14时整体的回波损耗曲线；