[发明专利]基于角向周期匹配的同轴TE01

说明书

本发明公开了一种基于角向周期匹配的同轴TE₀₁模功率合成/分配器，属于毫米波功率合成/分配技术领域。该器件包括同轴输入波导、同轴输入波导外侧壁设置有N个过渡波导结构、过渡波导结构的另一端连接有标准矩形波导；同轴波导内导体外壁挖空有N个扇形槽，且同轴输入波导内导体外壁还设置有N个扇形块，扇形块设置于相邻两扇形槽的中心位置。本发明通过采用新的匹配结构，进一步减小了插入损耗，提高了各支路之间的隔离度，最大的特点是在大尺寸同轴波导中提高了模式的稳定度，有利于任意多路同轴功率分配/合成器性能的稳定；同时，整体器件采用全金属结构，能实现高功率的合成/分配。

技术领域

本发明属于毫米波功率合成/分配技术领域，特别涉及一种同轴径向功率合成/分配器。

背景技术

相比于传统的电真空器件，半导体器件具有尺寸小、重量轻、供电电压低、可靠性高等优点，因此，近年来研究人员对半导体器件从材料、工艺、和结构等方面进行了大量深入研究，为提高单个固态器件的输出功率。但是到目前为止，在毫米波频段，单个固态器件的输出功率仍然十分有限，还远远达不到高功率系统的要求。为了获得所需的高功率输出，需要将多个输出功率进行合成，因此，功率分配/合成器是高功率系统中的重要器件，而实现功率分配/合成器的传输线有很多种，包括微带线、共面波导、同轴线、波导等。在Ka波段及更高频段，波导相比于其他传输线，没有介质损耗，只有较低的导体损耗，且具有高功率容量特性，从而也得到了广泛的研究。

波导空间功率合成有多种形式，包括二进制树形多级功率合成、波导链式功率合成和波导径向功率合成。而对于传统的二进制功率合成或链式合成在功率合成路数较多时具有路径损耗迅速增加、功率分配/合成网络庞大复杂等缺点。径向功率合成结构一般通过均匀馈电结构在轴向对称的传输线里激励器所需的均匀模式，功率信号通过传输线输入到各个端口，常见的对称传输线结构由径向波导、锥形波导、圆波导和同轴波导。这种结果的突出优点是功率合成/分配一次性完成，理论上路径损耗与功率合成路数无关。同时，轴对称的结构和均匀的工作模式可以保证输出端口信号优良的幅度和相位一致性。

功率分配/合成器作为馈电网络中的重要器件，随着天线阵列单元的不断增加，任意多路功率分配/合成器在满足不断增加的阵列单元对馈电路数的需求的同时，实现了系统的紧凑性。发明专利“一种基于同轴波导TE₀₁模的任意多路功率分配/合成器”(申请号为202010563409.X)中公开了一种功率分配/合成器，该器件的截止频率由同轴波导的内、外半径之差决定，因此，同时增大同轴波导的内、外半径可实现基于同轴TE₀₁模的任意多路径向功率分配器。然而TE₀₁模不是同轴波导的主模，需要有效的激励所需的模式并抑制其他模式，且随着内、外半径的增加，同轴波导内模式稳定度会越来越差，从而影响功率分配/合成器的性能。

发明内容

本发明针对同轴功率分配/合成器在大尺寸情况下模式稳定度不足的问题，提出了一种大尺寸同轴TE₀₁模功率分配/合成器，通过设计的匹配结构达到减小任意多路功率分配/合成器的插入损耗的同时，在一定程度上提升各支路之间的隔离度以及解决在大尺寸下同轴中模式稳定度的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于角向周期匹配的同轴TE₀₁模功率分配/合成器，包括同轴输入波导、N个过渡波导结构、N个标准矩形波导，N≥2；所述同轴输入波导的一端作为输入/输出端口，另一端沿侧壁等间距设置N个过渡波导结构；所述N个过渡波导结构尺寸相同，每个过渡波导结构的另一端均连接一个标准矩形波导；所述N个标准矩形波导作为N个输出/输入端口；其特征在于，所述同轴波导内导体外壁挖空有N个尺寸相同的扇形槽，所述N个扇形槽与 N个过渡波导结构一一对应，且每个扇形槽的对称面与对应过渡波导结构的对称面重合。

进一步地，所述同轴输入波导内导体外壁设置有N个扇形块，扇形块设置于相邻两扇形槽的中心位置。