[发明专利]一种毫米波宽带功率合成/分配器及其实现方法

权利要求书

1.一种毫米波宽带径向波导功率合成/分配器，用作功率合成器，或者用作功率分配器，其特征在于，所述功率合成/分配器包括：N路径向波导输入/输出结构、径向波导—同轴线过渡结构、同轴线、同轴线—波导过渡结构、波导输出/输入结构以及滑动孔阵列结构；其中，呈中心对称的N路径向波导输入/输出结构为在基底内开设的空腔结构，各路径向波导输入/输出结构的末端汇聚至一中心点，相邻的径向波导输入/输出结构之间的夹角为360°/N；在N路径向波导输入/输出结构的末端汇聚中心设置径向波导—同轴线过渡结构；径向波导—同轴线过渡结构连接同轴线的一端；同轴线的另一端经同轴线—波导过渡结构连接至波导输出/输入结构；波导输出/输入结构为在基底内开设的空腔结构；

每一路径向波导输入/输出结构包括径向波导端口、输入/输出90°波导弯头和径向波导，径向波导为矩形波导，径向波导端口通过输入/输出90°波导弯头连接至矩形的径向波导；N路径向波导的底部位于同一平面，N个径向波导端口位于同一平面，N个径向波导端口所在的平面平行于N路径向波导的底部所在的平面；

径向波导—同轴线过渡结构包括多阶从下至上直径逐渐减小且共轴的圆柱状台阶，圆柱状台阶的中心轴位于N路径向波导输入/输出结构汇聚的中心点且垂直于N路径向波导所在的平面；圆柱状台阶的材料为金属；

同轴线包括同轴内芯和同轴外导体，同轴外导体为基底内的柱状的空腔，同轴外导体连通N路径向波导输入/输出结构与同轴线—波导过渡结构的过渡波导，在同轴外导体内设置同轴的同轴内芯，N路径向波导输入/输出结构的末端汇聚中心点位于同轴内芯的中心轴上；同轴内芯的直径小于径向波导—同轴线过渡结构的最上层圆柱状台阶的直径；同轴内芯的材料为金属；同轴内芯的下表面连接径向波导—同轴线过渡结构的最上层圆柱状台阶的上表面；

同轴线—波导过渡结构包括过渡波导和多层阻抗匹配阶梯，过渡波导为矩形波导，过渡波导所在的平面平行于N路径向波导的底部所在的平面，多层阻抗匹配阶梯位于过渡波导的始端，多层阻抗匹配阶梯的每一层为长方体形状的阶梯，阶梯的长度从下至上逐渐增大，长度定义为沿过渡波导的始端至末端的方向，各层阻抗匹配阶梯的宽度一致，多层阻抗匹配阶梯的始端对齐即位于同一平面，多层阻抗匹配阶梯的始端表面紧贴过渡波导的始端表面，多层阻抗匹配阶梯的上表面紧贴过渡波导的上表面，同轴线的同轴内芯的顶端伸入至过渡波导的始端，且沿过渡波导的始端至末端的方向同轴内芯的顶端距离过渡波导的始端端面有距离，多层阻抗匹配阶梯的下表面与同轴内芯的上表面之间有距离；多层阻抗匹配阶梯的材料为金属；

波导输出/输入结构包括输出/输入90°波导弯头和过渡波导端口，过渡波导端口通过输出/输入90°波导弯头连通至过渡波导，过渡波导端口平行于N个径向波导端口所在的平面；输出/输入90°波导弯头的外侧壁具有台阶结构，台阶结构的上表面与同轴线—波导过渡结构的阻抗匹配阶梯的下表面齐平；

滑动孔阵列结构包括上层部分和下层部分；上层部分包括多个沿直线周期排列的单元，每个单元包括多个引导结构以及谐振结构，多个引导结构呈中心对称分布，各个引导结构的末端汇聚至一个中心点，每个引导结构为在基底内开设的柱体孔洞，截面为规则图形，在多个引导结构的末端汇聚中心设置谐振结构，谐振结构为在基底内开设的柱体孔洞，截面是规则图形，谐振结构的下表面与多个引导结构的下表面位于同一个平面，相邻的两个单元之间有距离；下层部分与上层部分的结构相同，下层部分的上表面与上层部分的下表面连接，从而上层部分和下层部分形成连通的空腔整体，下层部分与下层部分之间为滑动对称；滑动孔阵列结构位于N路径向波导输入/输出结构的每一个径向波导的外边缘，并且与径向波导之间不连接；

用作功率合成器时，径向波导端口作为输入端口，TE₁₀模式微波信号分别从N路径向波导输入/输出结构的径向波导端口进入，各自经过输入/输出90°波导弯头后，沿着径向波导汇聚至末端的中心点，N路微波信号经过的路径相等，并且关于中心呈旋转对称，实现功率合成；经径向波导—同轴线过渡结构的多阶柱状台阶，微波信号从TE₁₀模式转换为TEM模式，通过调整柱状台阶的层数和各阶高度，实现最佳转换效果；TEM模式微波信号通过同轴线传输至同轴线—波导过渡结构，从TEM模式转换为TE₁₀模式，经多层阻抗匹配阶梯增大回波损耗从而提高合成效率，传输至波导输出/输入结构；TE₁₀模式微波信号经波导输出/输入结构的输出/输入90°波导弯头至过渡波导端口输出；滑动孔阵列结构通过规则的周期排列的单元，形成电磁波在设定频段的禁带，在禁带内电磁波无法传播，或者传播衰减很大，从而达到防止电磁波泄露的目的，通过调整滑动孔阵列结构的引导结构和谐振结构的尺寸以及周期，从而改变禁带的范围，实现不同频段的应用，微波信号在基底的空气缝隙中泄露产生的高次谐波，通过滑动孔阵列结构的引导结构，导引至谐振结构，从而抵消掉高次谐波，防止装配过程中产生的泄露；

用作功率分配器时，传输过程与用作功率合成器时反向，N个径向波导端口作为输出端口，各个径向波导端口输出的信号是等幅同相的。