[发明专利]一种基于模式转换的空间功率合成倍频器

说明书

本发明提供一种基于模式转换的空间功率合成倍频器，属于空间功率合成倍频器领域。本发明创新性的提出采用模式转换方式解决传统空间功率合成倍频器能量利用不高的问题，通过将金属膜片设置于屏蔽腔的场强最强处，让设置在金属膜片上的非线性器件最大程度耦合到相等的能量，以此使倍频器工作在较好的工作状态，从而获得较大的输出功率。

技术领域

本发明属于空间功率合成倍频器领域，具体涉及一种基于模式转换的空间功率合成倍频器。

背景技术

毫米波以及太赫兹倍频器作为频率源时，要求具有一定的输出功率。由于实现固态倍频器主要是使用微波半导体器件，然而微波半导体器件有功率容量的限制，单个器件产生的功率无法满足频率源的要求。因此需要采用功率合成技术来获取高功率倍频器从而有效解决传统形式倍频器功率容量限制的问题。

目前高功率倍频器主要为功率合成倍频器，其中包括T型节功率合成倍频器和传统形式的空间功率合成倍频器。对于传统的魔T或T型节功率合成倍频器，其存在体积较大问题，不符合当前器件设计小型化的要求；传统形式的空间功率合成倍频器虽然体积较小，但是在整个倍频器电路中要求主模传输从而导致对称安装于倍频电路的金属膜片上下两层的非线性器件不可能处于场强最大处，使得能量不能够得到最大化的利用。

因此，如何实现小型化且具有较高能量利用效率的空间功率合成倍频器的设计就成为了一个迫切需要解决的问题。

发明内容

针对背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于模式转换的空间功率合成倍频器。本发明创新性的提出采用模式转换方式解决传统空间功率合成倍频器能量利用不高的问题，器件通过将金属膜片设置于屏蔽腔的场强最强处，让设置在金属膜片上的非线性器件最大程度耦合到相等的能量，以此使倍频器工作在较好的工作状态，从而获得较大的输出功率。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于模式转换的空间功率合成倍频器，包括输入波导、输出波导、屏蔽腔、n层金属膜片和非线性器件；屏蔽腔与信号传输方向垂直的面为电壁，输入波导与屏蔽腔靠近电壁的侧面相连接，输出波导与屏蔽腔的输出端口相连接，输入波导、输出波导和屏蔽腔均为长方体，输入波导和屏蔽腔的电场方向垂直；其中，n层金属膜片分别设置于屏蔽腔中电场模式场强最强处的，非线性器件设置于每层金属膜片上。

进一步地，屏蔽腔的尺寸，以及输入波导的输入端口和屏蔽腔连接的位置于屏蔽腔电壁的距离共同实现电场模式由TE₁₀向TE_n0模式的转换。

进一步地，输入波导和输出波导均选用标准波导，尺寸由工作频率决定。

进一步地，屏蔽腔和波导的内壁应平整光滑，以减少整个倍频器的损耗。

进一步地，金属膜片均为鳍线形状，通过调整鳍线形状的金属膜片的缝隙以及形状使倍频器达到阻抗匹配的效果，金属膜片的厚度越厚倍频器的损耗越大。

进一步地，每层金属膜片上设置一个非线性器件或金属膜片上下两侧并联设置非线性器件。

进一步地，非线性器件设置于每层金属膜片的波腹处，理论为短路面(屏蔽腔与输出波导的连接面)的0.25λ_g位置，λ_g为波导波长。

进一步地，模式数n和金属膜片层数n一致，n≥2。

进一步地，当n为2时，两层的金属膜片分别设置于屏蔽腔的场强最强处，即屏蔽腔宽边的1/4及3/4位置。