一種寬帶全埠匹配波導功分合成方法
2023-06-01 04:47:06 3
一種寬帶全埠匹配波導功分合成方法
【專利摘要】一種寬帶全埠匹配波導功分合成方法，包括以下步驟：A：電磁波由輸入波導輸入信號；B：所述信號經電感膜片及吸收負載的共同作用，進入多層功率分配結構；C：再經多層阻抗漸變鰭線，實現空間功率分配合成信號；D：所述合成信號由輸出波導輸出。採用本發明的方法，寬頻帶、高頻率、高效率、多路數和良好全埠匹配，在毫米波頻段，工作帶寬可達波導全帶寬，合成效率至80％以上，頻率範圍可適用至170GHz，同時由於該發明具有全埠匹配的特點，基於該技術所設計的放大器具有良好的穩定性。
【專利說明】一種寬帶全埠匹配波導功分合成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種合成方法，特別涉及一種寬帶全埠匹配波導功分合成方法。
【背景技術】
[0002]毫米波固態功率放大器作為毫米波雷達、制導及通信等系統的一個重要組成部分，已經成為微波毫米波領域研究的重要課題。隨著對放大器輸出功率要求的不斷提高，單個放大晶片的輸出功率已不再能夠滿足系統工作的需要，因此，必須採用多路放大、功率合成的技術以有效提高整個放大電路的輸出功率。
[0003]功率分配/合成器主要分為平面和空間兩種形式，平面電路合成器和基于波導的空間功率合成器，隨著頻率的升高，平面電路功分合成器插損比較大，因此不適用於毫米波頻段，鑑於在毫米波頻段，金屬波導是毫米波系統以及毫米波模塊間連接的主要傳輸線，且因金屬波導具有較低損耗、單模傳輸和高功率容量特性，因此採用MMIC功率器件作為合成功率放大單元，實現的基于波導結構的毫米波功率合成技術成為了當前固態毫米波合成技術的熱門方向。
[0004]目前空間功率分配/合成技術主要採用波導內疊片方式，通過放置於每層疊片上的有源鰭線天線實現功率的放大。功率的分配和合成藉助於有源鰭線天線陣在波導內實現，典型的實現結構如圖1所示。這種結構的優點是結構緊湊，但是其最大的缺點是在毫米波頻段由于波導內空間非常狹小，疊層的數量是非常有限的，因此，該結構無法在頻率較高的毫米波頻段實現多路的功率分配與合成。為實現多路的功率分配合成，一般採用徑向波導功分合成方案，電磁波首先由同軸進入寬帶徑向波導，然後由徑向波導進入矩形波導，完成功率分配，進入矩形波導的每一路信號通過矩形波導-微帶探針陣列轉換結構進入微帶平面電路，進而完成了多路功率分配合成，但這種結構採用了同軸做為一個多路功分的傳輸媒介，隨著頻率進入到五毫米乃至更高頻段，同軸作為傳輸線，損耗較大，將嚴重的影響了個合成器的合成效率。
[0005]現有的毫米波功率分配/合成技術由於採用波導內疊片方案，其缺點是在毫米波頻段很難進一步的擴展功率分配/合成的路數，為進一步擴展功率分配/合成的路數，現在一些方案引入了基於同軸的徑向波導多路功率分配方案，這種結構形式由於同軸隨著頻率的升高，損耗是明顯增大，致使其在5mm波段乃至更高頻段難以應用，另外，目前的毫米波功率/分配合成器難於實現全埠駐波匹配，致使基於該合成器設計的放大器，穩定性較差。
[0006]因此，現有技術存在缺陷，需要改進。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種寬帶全埠匹配波導功分合成方法。
[0008]本發明的技術方案如下:
[0009]一種寬帶全埠匹配波導功分合成方法，其中，包括以下步驟:
[0010]A:電磁波由輸入波導輸入信號；
[0011]B:所述信號經電感膜片及吸收負載的共同作用，進入多層功率分配結構；
[0012]C:再經多層阻抗漸變鰭線，實現空間功率分配合成信號；
[0013]D:所述合成信號由輸出波導輸出。
[0014]所述的方法，其中，所述步驟B中，所述信號等幅並同向的進入多層功率分配結構。
[0015]所述的方法，其中，所述輸入波導設置波導功分單元，以實現電磁波的波導功分。
[0016]所述的方法，其中，所述多層功率分配結構設置空間多層功率分配/合成單元，以實現所述信號的分配或合成。
[0017]所述的方法，其中，所述波導功分單元與所述空間多層功率分配/合成單元的寬頻帶埠匹配設置。
[0018]所述的方法，其中，所述波導功分單元設置一吸收埠。
[0019]所述的方法，其中，所述電感膜片與所述吸收負載的形狀及尺寸與所述吸收埠相匹配。
[0020]所述的方法，其中，所述波導採用金屬材料。
[0021]所述的方法，其中，所述多層阻抗漸變鰭線中的微帶電路由微波基片實現，其阻抗值為50歐姆。
[0022]所述的方法，其中，所述阻抗漸變鰭線，採用正弦函數、指數函數和直線函數的擬合函數，擬合函數的方程為 Y = ((b/2+w/2)/ (exp(l)-l)*(exp(sin~m(x*2*pi/L0))-1) +n* (x* (b/2+w/2) /LO)) / (η+1)，其中b為波導的窄邊寬度，w為50歐姆微帶線導帶寬度，LO為漸變線的長度，m為正弦的冪係數，η決定直線函數的斜率。
[0023]採用上述方案，本發明不僅解決了現有技術存在的問題，而且明顯具有以下優勢:
[0024]I寬頻帶、高頻率、高效率、多路數和良好全埠匹配，在毫米波頻段，工作帶寬可達波導全帶寬，合成效率至80%以上，頻率範圍可適用至170GHz，同時由於該發明具有全埠匹配的特點，因此基於該技術所設計的放大器具有良好的穩定性。
[0025]2該技術將具有低損耗、寬頻帶特性的波導功分器與結構緊湊的波導空間多層結構相結合，即保證了功分合成器結構緊湊的特點，同時拓展了功率分配/合成的路數。同時，該結構在波導功分時，突破了傳統波導功分的結構，通過採用外加吸收埠的方式，通過調節吸收負載的外形結構尺寸配合電感膜片，即可實現輸入埠與功分輸出埠的全埠匹配，這一方面是提高了基於該功分合成器所設計的放大器的穩定性，同時改善了合成放大器的合成效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明寬帶全埠匹配波導功分合成方法採用的合成器結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]以下結合附圖和具體實施例，對本發明進行詳細說明。
[0028]實施例1
[0029]如圖1所示，本發明所設計功率分配/合成結構，在該結構中，電磁波首先由輸入波導I輸入，輸入信號在電感膜片2和吸收負載3的共同作用下，等幅、同向的進入多層功率分配結構4。信號在4中，經多層漸變鰭線，實現空間功率分配合成，合成後的信號通過輸出波導5輸出。
[0030]通過合理設計電感膜片2和吸收負載的尺寸，可實現波導功分單元與空間多層功率分配/合成單元的寬頻帶埠匹配，進而提高基於該結構實現的合成放大器的穩定性。
[0031]通過合理設計電感膜片2、吸收負載3、對極鰭線的漸變方程與位置4、即可在毫米波頻段內實現寬帶功率分配與合成，這種功率分配與合成的實現方式由於採用了金屬波導結構，因而大大降低了功率分配與合成中的能量損耗，提高了合成效率。除此之外，該結構在波導功分/合成單元，外加了一個吸收負載，其主要用於改善波導功單元輸出埠的駐波，通過合理設計電感膜片2和吸收負載的尺寸，可實現波導功分單元與空間多層功率分配/合成單元的寬頻帶埠匹配，進而提高基於該結構實現的合成放大器的穩定性。
[0032]阻抗漸變對鰭線3轉換結構中的微帶電路採用專用微波基片實現，鰭線到50歐姆標準阻抗微帶線的過渡曲線方程根據最小反射理論及傳輸線模型設計，採用了多漸變函數擬合使用的設計方程，通過合理的選擇漸變函數的形式及其使用的位置，將可在寬帶範圍實現低插損和高匹配。
[0033]實施例2
[0034]在上述實施例的基礎上，如圖1所示，進一步，電磁波首先由輸入波導輸入1，輸入信號在電感膜片2和吸收負載3的共同作用下，等幅、同向的進入多層功率分配結構4。信號在4中，經多層漸變鰭線，實現空間功率分配合成，合成後的信號通過輸出波導輸出5。
[0035]通過合理設計電感膜片2和吸收負載3的尺寸，可實現波導功分單元與空間多層功率分配/合成單元的寬頻帶埠匹配，進而提高基於該結構實現的合成放大器的穩定性。
[0036]通過合理設計電感膜片2、吸收負載3、對極鰭線的漸變方程與位置4、即可在毫米波頻段內實現寬帶功率分配與合成，這種功率分配與合成的實現方式由於採用了金屬波導結構，因而大大降低了功率分配與合成中的能量損耗，提高了合成效率。除此之外，該結構在波導功分/合成單元，外加了一個吸收負載，其主要用於改善波導功單元輸出埠的駐波，通過合理設計電感膜片2和吸收負載的尺寸，可實現波導功分單元與空間多層功率分配/合成單元的寬頻帶埠匹配，進而提高基於該結構實現的合成放大器的穩定性。
[0037]阻抗漸變對鰭線轉換結構中的微帶電路採用專用微波基片實現，鰭線到50歐姆標準阻抗微帶線的過渡曲線方程根據最小反射理論及傳輸線模型設計，採用了多漸變函數擬合使用的設計方程，Y = ((b/2+w/2)/ (exp(l)-l)*(exp(sin~m(x*2*pi/LO))-1) +n*(x*(b/2+w/2)/LO))/(n+1)為正弦函數、指數函數和直線多個函數的擬合函數，其中b為波導的窄邊寬度，w為50歐姆微帶線導帶寬度，LO為漸變線的長度，m為正弦的冪係數，η決定直線函數的斜率，通過合理的選擇LO、m和η將可在寬帶範圍實現低插損和高匹配。
[0038]實施例3
[0039]在上述實施例的基礎上，如圖1所示，提供一種寬帶全埠匹配波導功分合成方法，其中，包括以下步驟:
[0040]A:電磁波由輸入波導輸入信號；
[0041]B:所述信號經電感膜片及吸收負載的共同作用，進入多層功率分配結構；
[0042]C:再經多層阻抗漸變鰭線，實現空間功率分配合成信號；
[0043]D:所述合成信號由輸出波導輸出。
[0044]在上述實施例的基礎上，其中，所述步驟B中，所述信號等幅並同向的進入多層功率分配結構。
[0045]在上述實施例的基礎上，其中，所述輸入波導設置波導功分單元，以實現電磁波的波導功分。
[0046]在上述實施例的基礎上，其中，所述多層功率分配結構設置空間多層功率分配/合成單元，以實現所述信號的分配或合成。
[0047]在上述實施例的基礎上，其中，所述波導功分單元與所述空間多層功率分配/合成單元的寬頻帶埠匹配設置。
[0048]在上述實施例的基礎上，其中，所述波導功分單元設置一吸收埠。
[0049]在上述實施例的基礎上，其中，所述電感膜片與所述吸收負載的形狀及尺寸與所述吸收埠相匹配。
[0050]在上述實施例的基礎上，其中，所述波導採用金屬材料。
[0051]在上述實施例的基礎上，其中，所述多層阻抗漸變鰭線用於實現波導至50歐姆微帶線轉換，採用多漸變函數擬合使用的設計方程，Y = ((b/2+w/2)/(exp (I) -1) * (exp (sirTm(x*2*pi/L0)) -1) +n* (x* (b/2+w/2) /LO)) / (n+1)，為正弦函數、指數函數和直線多個函數的擬合函數，其中b為波導的窄邊寬度，w為50歐姆微帶線導帶寬度，LO為漸變線的長度，m為正弦的冪係數，η決定直線函數的斜率。
[0052]應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種寬帶全埠匹配波導功分合成方法，其特徵在於，包括以下步驟: 八:電磁波由輸入波導輸入信號； 8:所述信號經電感膜片及吸收負載的共同作用，進入多層功率分配結構； 0:再經多層阻抗漸變鰭線，實現空間功率分配合成信號； 0:所述合成信號由輸出波導輸出。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟8中，所述信號等幅並同向的進入多層功率分配結構。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述輸入波導設置波導功分單元，以實現電磁波的波導功分。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述多層功率分配結構設置空間多層功率分配/合成單元，以實現所述信號的分配或合成。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述波導功分單元與所述空間多層功率分配/合成單元的寬頻帶埠匹配設置。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述波導功分單元設置一吸收埠。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述電感膜片與所述吸收負載的形狀及尺寸與所述吸收埠相匹配。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述波導採用金屬材料。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述多層阻抗漸變鰭線中的微帶電路由微波基片實現，其阻抗值為50歐姆。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述阻抗漸變鰭線，採用正弦函數、指數函數和直線函數的擬合函數，擬合函數的方程為V = ((13/2+^/2) /(一叉口 (1) -1)氺(一叉口 (3111^111(^^2^1/10)) -1) +11^ (叉氺(1^/2+界/2) /10))丨(=+1)，其中 13 為波導的窄邊寬度，V為50歐姆微帶線導帶寬度，10為漸變線的長度，III為正弦的冪係數，II決定直線函數的斜率。
【文檔編號】H01P5/12GK104362420SQ201410615934
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月30日 優先權日:2014年10月30日
【發明者】鄧建欽, 姜萬順, 王明超 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所