[发明专利]一种新型基片集成波导功率分配/合成器

说明书

本发明公开了一种新型基片集成波导功率分配/合成器，属于微波器件领域；其包括单层基片、设置在单层基片的梯形微带‑基片集成波导过渡结构和输入输出端口，单层基片还设置有五端口窄壁短缝耦合单元和集总电阻加载型匹配负载，五端口窄壁短缝耦合单元两端均依次连接梯形微带‑基片集成波导过渡结构和输入输出端口，五端口窄壁短缝耦合单元一端连接集总电阻加载型匹配负载；通过增加两个隔离端口，实现五个端口的全匹配和两个分端口的高隔离度，通过隔离端口处接入集总电阻加载型匹配负载，实现宽带化，解决了现有传统波导型功分器和基片集成波导功分器不能同时兼顾宽带化和高隔离度的问题，达到了在保证隔离度的同时扩展带宽的效果。

技术领域

本发明属于微波器件领域，尤其是一种新型基片集成波导功率分配/合成器。

背景技术

随着信息与通信行业的迅猛发展，第五代移动通信系统5G、工业物联网等新型无线应用快速兴起；当前，学者们正在积极探索并深入研究与5G和工业物联网等相关的各类共性关键技术，如空间分集与复用、波束赋形、精准功率控制与能量投射等；为了使这些技术得到实际应用，其相关的微波器件就成了亟待解决的核心，比如功分器。

实现空间分集与复用、波束赋形技术需要高性能窄波束定向阵列天线，实现精准功率控制与能量投射需要高性能频率综合器和功率放大器，这两类器件的核心无源组成部分均需要低损耗、宽带、高隔离功分器。

理想的无耗三端口功分器的三个端口同时匹配，其输出端口的损耗特性较差，其理论隔离度亦仅有6dB。通过威尔金森原理，在两个输出端口之间引入电阻性损耗元素，提高输出端口间的隔离度的同时实现三个端口匹配。此时的功分器即可功率分配，也可功率合成，成为功率分配/合成器。在文献中，基于微带线结构、共面波导结构以及威尔金森原理，已经实现了大量的尺寸紧凑、性能良好的功率分配/合成器。但是，由于微带线和共面波导的半开放结构，二者的功率容量有限，常用于中低功率应用；而基于矩形波导实现的功分器能够支持大功率应用，但是由于矩形波导的固有导波特性局限和不易添加损耗型结构，其单模工作带宽有限，导致常规矩形波导功分器的工作带宽较窄，输出隔离度较低，隔离度提升难度大；现有的小型化基片集成波导功分器能够同时兼容功率容量和平面化的需求，但不能同时兼顾带宽和高隔离度，因此，面向未来的5G、工业物联网等无线应用，对宽带、高隔离度、平面化的高性能功分器有迫切需求。

发明内容

本发明的目的在于：本发明提供了一种新型基片集成波导功率分配/合成器，解决现有传统波导型功分器和基片集成波导功分器不能同时兼顾宽带化和高隔离度的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种新型基片集成波导功率分配/合成器，包括单层基片、设置在单层基片的梯形微带-基片集成波导过渡结构和输入输出端口，所述单层基片还设置有五端口窄壁短缝耦合单元和集总电阻加载型匹配负载，所述五端口窄壁短缝耦合单元两端均依次连接梯形微带-基片集成波导过渡结构和输入输出端口，所述五端口窄壁短缝耦合单元一端连接集总电阻加载型匹配负载。

优选地，所述输入输出端口采用微带线。

优选地，所述五端口窄壁短缝耦合单元包括短缝耦合区、梯形阻抗匹配区和基片集成波导端口组，所述短缝耦合区一端连接基片集成波导端口组，其另一端连接梯形阻抗匹配区一端，梯形阻抗匹配区另一端连接基片集成波导端口组。

优选地，所述基片集成波导端口组包括从左至右设置在短缝耦合区端的基片集成波导端口B和基片集成波导端口C、从左至右设置在梯形阻抗匹配区的基片集成波导端口D、基片集成波导端口A和基片集成波导端口E，所述短缝耦合区一端连接基片集成波导端口B和基片集成波导端口C，其另一端连接梯形阻抗匹配区窄边，所述梯形阻抗匹配区宽边分别与基片集成波导端口A、基片集成波导端口D和基片集成波导端口E连接。

优选地，所述五端口窄壁短缝耦合单元的理想单位散射矩阵如下公式所示：