[发明专利]一种功率合成电路

说明书

本发明涉及到微波、毫米波领域中的功率合成技术。

微波功率合成技术，是一种用微波电路将两个或两个以上的微波振荡器的功率进行合成，以实现其输出较大的功率，制作出的器件称为功率合成器。自七十年代以来，人们对功率合成技术，进行了广泛的研究，出现了多种功率合成的电路，这些电路又分为谐振式功率合成电路和非谐振式功率合成电路。

谐振式功率合成电路是在单个的谐振腔中放入两个或多个以上的负阻器件，使他们产生共振而达到将器件功率合成。而非谐振式功率合成电路，是选用适当的微波网络将两个或多个微波振荡器或功率合成器的功率进行合成。如在非谐振式功率合成电路类型中所用的环行器功率合成器，是用微波环行器电路将两个微波振荡器的功率进行合成。图1是该合成器的线路示意图，由图可见被合成的两个振荡器，分别接在环行器的端口①和端口②处，合成的功率从端口③输出。若将多个这样的环行器功率合成器组合在一起，并将前一级环行器功率合成器电路的输出功率作为后一级环行器功率合成的输入，则构成环行器多级功率合成电路，线路原理图如2所示。这种功率合成电路具有合成的方式简单、调试方便、合成器的工作频率易于控制、容易实现多级功率合成的优点，然而因环行器的插入损耗较大，导致功率合成效率偏低，多级合成级数也较少。

又如在非谐振式功率合成电路类型中，出现的一种矩形波导H面T型结头功率合成器(微波学报1993年No.2)，它是用单个H面T型结头，将两个微波振荡器的功率进行合成，如图3所示。图3a示出矩形波导H面T型结头的示意图。圈中a为矩形波导H面T型结头波导的宽边，图3b示出该合成器的线路示意图，被合成的振荡器接在矩形波导H面T型结头的端口①和端口③，合成的功率从端口②输出。这种功率合成器具有体积小、合成效率高的优点，但由于两个振荡器直接耦合．使得它的合成调试困难，合成频率较难控制，多级合成也难以实现。

本发明的目的是为了设计出一种合成效率高，合成方式简单，易于控制、调试的功率合成电路来实现多级功率合成。

本发明的方案是用一个矩形波导H面T型结头和隔离器组成一种功率合成电路，利用这种功率合成电路将两个或两个以上的被合成源，进行功率合成，并以此作为单元电路实现多级功率合成。本发明的功率合成器单元电路是：在一个矩形波导H面T型结的端口①或②处接有隔离器4，在隔离器4的输入端和矩形波导H面T型结头的端口②或①处分别接有被合成源(被合成源可以是振荡源、功率合成器组件、第一级隔离器输入端口也可以是任何形式的微波、毫米波信号)。合成后的功率由H面T型结头的端口③输出。组成功率合成器单元电路，亦可将它视为单级功率合成器、或功率合成组件，这种功率合成电路的功率大小主要取决于被合成源的功率大小，被合成源的功率输出功率大，则功率合成电路的功率也大，其合成效率在85％以上，甚至可达100％(见图4、图5示意图)。由两个以上的功率合成器单元电路组成多级式功率合成电路，该电路的结构是将前一级输出的合成功率，作为后一级的一个被合成源，输入后一级的矩形波导H面T型结的端口①或②处的隔离器4的输入端口，该级的矩形波导H面T型头的端口②或①接另一被合成源，端口③输出合成后的功率，这样一级一级合成，构成多级功率合成器。随着级数的增多，每增一级对功率输出的有效贡献就逐渐减少，原则是在增加的功率与隔离器和T型接头带来损耗的功率相当，则再增加级数就无意义了，实际上从成本考虑一般是四级为限。电路示意图见图6、图7。

采用本发明的电路制作的功率合成器，由于使用了隔离器，被合成的振荡器或功率合成器单元相互隔离，因而带来了调试方便，由于合成频率等于第一级隔离器输入端信号的频率，所以合成频率易于控制。与环行器功率合成器相比，因隔离器的损耗比环行器小，用本发明的电路构成的功率合成器单元。合成效率比环行器功率合成器的合成效率高，除了隔离器的损耗外，功率合成的效率可达100％。多级式功率合成的级数比环行器功率合成的级数多，总输出功率更大。而且加工和制作也简单、组合尺寸小，结构紧凑，从而降低了成本，由于第一级的隔离器输入端可以是任何调制形式的微波、毫米波信号，该功率合成电路又可作为注入锁定放大器用。

附图说明

图1是环行器功率合成器单元电路

图2是环行器多级功率合成器电路

图3a是矩形波导H面T型结头的示意图

图3b是矩形波导H面T型结头的功率合成器线路示意图

图4、图5是本发明功率合成器单元电路的两种结构线路示意图

图6、图7是本发明多级式功率合成器电路的两种结构的线路示意图