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CN108808200A - 一种波导功率合成器及功率合成方法 - Google Patents

一种波导功率合成器及功率合成方法 Download PDF

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CN108808200A
CN108808200A CN201810892442.XA CN201810892442A CN108808200A CN 108808200 A CN108808200 A CN 108808200A CN 201810892442 A CN201810892442 A CN 201810892442A CN 108808200 A CN108808200 A CN 108808200A
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CN
China
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wave
microwave
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metal
guide cavity
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CN201810892442.XA
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English (en)
Inventor
王朝阳
吕高庆
徐暑晨
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Leihua Electronic Technology Research Institute Aviation Industry Corp of China
Original Assignee
Leihua Electronic Technology Research Institute Aviation Industry Corp of China
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port

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  • Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)

Abstract

本发明涉及射频微波领域,特别涉及一种波导功率合成器及功率合成方法。波导功率合成器包括:波导腔体,用于对通过其内部的微波进行功率合成;第一金属隔离器,用于对微波进行隔离处理;隔离电阻,与第一金属隔离器连接,用于对隔离处理后的微波中不平衡的部分进行吸收;第二金属隔离器,其长度为微波工作频率的四分之一波长,用于将经过隔离电阻处理后的微波中不平衡的部分反射回隔离电阻中进行吸收。本发明的波导功率合成器及功率合成方法,既完成波导到微带过渡的同时实现两路功率的分配/合成,又改善了各路间的隔离和端口驻波,便于模块间的连接和系统集成,减小了在多路系统集成时因路间不平衡甚至一路损坏给系统带来的不稳定性。

Description

一种波导功率合成器及功率合成方法
技术领域
本发明涉及射频微波领域,特别涉及一种波导功率合成器及功率合成方法。
背景技术
微波功率合成器作为现代微波通信系统、雷达系统以及电子对抗等系统中的重要无源器件,在整个微波系统中占据着相当重要的地位。微波功率合成器的功能是将多路功率传输至一路进行功率叠加,常常用于高功率系统中的功率合成。
目前常见的微波功率合成器主要分为平面微带线结构、SIW结构、同轴结构以及腔体结构等类型,而基于波导结构的功率合成器的功率容量高,插入损耗小的特点受到微波工作者的广泛关注,所以采用波导结构的功率分配技术是微波、毫米波技术领域中很有价值的研究课题之一,在功率合成电路中,通常采用MMIC芯片进行功率放大,而MMIC芯片需要与微带线匹配连接,因此信号需要由波导过渡到相应的微带线上,波导至微带的双探针过渡既满足了波导微带的转换,又实现了功率的合成,如图1为一种现有微带探针反相功合器的示意图,两路反相微波信号通过微带端口1、2输入,在波导腔体内完成微带到波导的转换和功率合成,这种功率分配结构形式简单,工程设计时易于实现,但是各输出端口之间的隔离度较差,两路的隔离理论上只有6dB,实际制作中更差。作为功合器使用时当其中一个输入端口失配或多个输入端口严重不平衡时的情况下会造成相互之间较大的影响,导致系统的稳定性降低。
发明内容
本发明的目的是提供了一种波导功率合成器及功率合成方法,以解决现有波导功率合成器及功率合成方法存在的至少一个问题。
本发明的技术方案是:
一种波导功率合成器,包括:
波导腔体,用于对通过其内部的微波进行功率合成;
第一金属隔离器,设置在波导腔体内前部分,用于对从波导腔体前部分进入波导腔体的微波进行隔离处理;
隔离电阻,设置在波导腔体内,与所述第一金属隔离器连接,用于对通过所述第一金属隔离器的微波中不平衡的部分进行吸收;
第二金属隔离器,其长度为微波工作频率的四分之一波长,与所述隔离电阻远离所述第一金属隔离器的一端连接,用于将经过所述隔离电阻处理后的微波中不平衡的部分反射回隔离电阻中进行吸收。
可选的,所述第一金属隔离器和第二金属隔离器均为金属隔板,分别固定且相互平行地设置在所述波导腔体内;
所述隔离电阻固定连接在所述第一金属隔离器和第二金属隔离器之间,且位于所述第一金属隔离器与第二金属隔离器靠近端端面的中点位置。
可选的,所述第一金属隔离器包括多个金属圆柱,所述多个金属圆柱的轴线相互平行,且沿所述波导腔体的中心平面以相同间距并排设置;
第二金属隔离器,包括多个金属圆柱,所述多个金属圆柱的轴线相互平行,且沿所述波导腔体的中心平面以相同间距并排设置;
所述隔离电阻两端分别与所述第一金属隔离器和第二金属隔离器相靠近端的两个金属圆柱连接,且位于两个金属圆柱轴向的中点位置。
本发明还提供了一种波导功率合成方法,包括如下步骤:
步骤一、通过设置在波导腔体内前部分的第一金属隔离器对从波导腔体前部分进入波导腔体的微波进行隔离处理;
步骤二、通过隔离电阻吸收步骤一中隔离处理后的微波中不平衡的部分;
步骤三、通过长度为工作频率为四分之一波长第二金属隔离器将步骤二中处理后的微波中不平衡的部分反射回步骤二中进行吸收;
步骤四、经过所述步骤三处理后的微波从所述波导腔体后部分导出。
发明效果:
本发明的波导功率合成器及功率合成方法,既完成波导到微带过渡的同时实现两路功率的分配/合成,又改善了各路间的隔离和端口驻波,便于模块间的连接和系统集成,减小了在多路系统集成时因路间不平衡甚至一路损坏给系统带来的不稳定性;另外,该结构在波导微带转换过程中直接实现了功率分配/合成,同时又实现了良好隔离,与设计一款隔离性能良好的波导功合器再设计一款波导微带转换器进行级联相比较,结构更加紧凑,利于系统的小型化设计。
附图说明
图1是本发明波导功率合成器的结构透视图;
图2是本发明波导功率合成器的主视图;
图3是本发明波导功率合成器的侧视图;
图4是本发明波导功率合成器的俯视图(透视图)。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中,自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
下面结合附图1至图4对本发明波导功率合成器及功率合成方法做进一步详细说明。
本发明提供了一种波导功率合成器,包括波导腔体1、金属隔离器以及隔离电阻3。
波导腔体1通常为金属腔体,用于对通过其内部的微波进行功率合成。
需要说明的是,波导功率合成器的信号输入可以现有的采用微带探针输入或减高波导输入。采用微带探针输入时,可以在波导腔体1的左右分别插入微带探针5,微带探针5包裹在微带电路腔体4内,形成波导转微带功合器;需要说明的是,微带探针5与微带电路腔体4之间连接方式和结构以及微带探针5、微带电路腔体4与波导腔体1之间的连接方式及连接结构均可以采用常规的技术,此处不再赘述。进一步,减高波导输入方式此处不再赘述。
金属隔离器可以根据需要设置成多种是的形状结构。在本发明的一个实施例中,金属隔离器为设置在波导腔体中间放置一块金属隔板,中间挖金属槽,使得金属隔离器在左右方向(图1中XYZ坐标系中的Y方向)被分为第一金属隔离器21和第二金属隔离器22。
具体地,第一金属隔离器21设置在波导腔体1内前部分(及图1中Y方向左侧),用于对从波导腔体1前部分进入波导腔体1的微波进行隔离处理。第二金属隔离器22的长度为微波工作频率的四分之一波长,与隔离电阻3远离第一金属隔离器21的一端连接,用于将经过隔离电阻3处理后的微波中不平衡的部分反射回隔离电阻3中进行吸收。
隔离电阻3设置在波导腔体1内,与第一金属隔离器21连接,用于对通过第一金属隔离器21的微波中不平衡的部分进行吸收。具体地,隔离电阻3固定连接在所述第一金属隔离器21和第二金属隔离器22之间,且位于第一金属隔离器21与第二金属隔离器22靠近端端面的中点位置。装配时,是在金属隔板装入腔体前将隔离电阻焊在隔板上。
在其他实施例中,金属隔离器的第一金属隔离器21和第二金属隔离器22可以多个金属圆柱;第一金属隔离器21的多个金属圆柱的轴线相互平行,且沿波导腔体1的中心平面以相同间距并排设置;第二金属隔离器22的多个金属圆柱的轴线相互平行,且沿所述波导腔体1的中心平面以相同间距并排设置。此时,隔离电阻3两端分别与第一金属隔离器21和第二金属隔离器22相靠近端的两个金属圆柱连接,且位于两个金属圆柱轴向的中点位置。同样,装配时,是在金属隔板装入腔体前将隔离电阻焊在隔板上。
本发明的波导功率合成器,通过在微带探针反相功合器结构中增加一个挖槽的金属隔板和跨接在距离金属隔板边缘四分之一波长的金属槽上的隔离电阻,改善输入端口间的隔离性能,同时提高了微带输入端口的驻波。在正常功率分配时,增加的金属隔板相当于电壁,跨接在金属槽上的隔离电阻不起作用。当各输入端口有不平衡信号时,不平衡信号会被跨接在距离金属隔板边缘四分之一波长的金属槽上的隔离电阻吸收掉,从而改善了端口隔离和端口匹配。
本发明还提供了一种波导功率合成方法,包括如下步骤:
步骤一、通过设置在波导腔体1内前部分的第一金属隔离器21对从波导腔体1前部分进入波导腔体1的微波进行隔离处理。
步骤二、通过隔离电阻3吸收步骤一中隔离处理后的微波中不平衡的部分。
步骤三、通过长度为工作频率为四分之一波长第二金属隔离器22将步骤二中处理后的微波中不平衡的部分反射回步骤二中进行吸收。
步骤四、经过所述步骤三处理后的微波从波导腔体1后部分导出。
本发明的波导功率合成器及波导功率合成方法中,针对微带探针输入以及减高波导输入,各自功率合成原理如下:
微带探针输入功率合成:
当两路反相的微波信号从微带电路腔体4输入端口通过微带探针5耦合到波导腔体1后,信号在波导腔体1内传输并叠加,通过波导腔体1输出端口合成输出,两路不平衡部分,由于金属隔离器的存在,在波导腔体1内传输并反射至金属槽的位置,由隔离电阻3吸收,实现两路输入信号的隔离。
减高波导输入功率合成:
当两路反相的微波信号从减高波导输入到波导腔体1,信号在波导腔体1内传输并叠加,通过波导腔体1输出端口合成输出,两路不平衡部分,由于金属隔离器的存在,在波导腔体1内传输并反射至金属槽的位置,由隔离电阻3吸收,实现两路输入信号的隔离。
综上所述,本发明的波导功率合成器及功率合成方法,既完成波导到微带过渡的同时实现两路功率的分配/合成,又改善了各路间的隔离和端口驻波,便于模块间的连接和系统集成,减小了在多路系统集成时因路间不平衡甚至一路损坏给系统带来的不稳定性;另外,该结构在波导微带转换过程中直接实现了功率分配/合成,同时又实现了良好隔离,与设计一款隔离性能良好的波导功合器再设计一款波导微带转换器进行级联相比较,结构更加紧凑,利于系统的小型化设计。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种波导功率合成器,其特征在于,包括:
波导腔体(1),用于对通过其内部的微波进行功率合成;
第一金属隔离器(21),设置在波导腔体(1)内前部分,用于对从波导腔体(1)前部分进入波导腔体(1)的微波进行隔离处理;
隔离电阻(3),设置在波导腔体(1)内,与所述第一金属隔离器(21)连接,用于对通过所述第一金属隔离器(21)的微波中不平衡的部分进行吸收;
第二金属隔离器(22),其长度为微波工作频率的四分之一波长,与所述隔离电阻(3)远离所述第一金属隔离器(21)的一端连接,用于将经过所述隔离电阻(3)处理后的微波中不平衡的部分反射回隔离电阻(3)中进行吸收。
2.根据权利要求1所述的波导功率合成器,其特征在于,所述第一金属隔离器(21)和第二金属隔离器(22)均为金属隔板,分别固定且相互平行地设置在所述波导腔体(1)内;
所述隔离电阻(3)固定连接在所述第一金属隔离器(21)和第二金属隔离器(22)之间,且位于所述第一金属隔离器(21)与第二金属隔离器(22)靠近端端面的中点位置。
3.根据权利要求1所述的波导功率合成器,其特征在于,所述第一金属隔离器(21)包括多个金属圆柱,所述多个金属圆柱的轴线相互平行,且沿所述波导腔体(1)的中心平面以相同间距并排设置;
所述第二金属隔离器(22)包括多个金属圆柱,所述多个金属圆柱的轴线相互平行,且沿所述波导腔体(1)的中心平面以相同间距并排设置;
所述隔离电阻(3)两端分别与所述第一金属隔离器(21)和第二金属隔离器(22)相靠近端的两个金属圆柱连接,且位于两个金属圆柱轴向的中点位置。
4.一种波导功率合成方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一、通过设置在波导腔体(1)内前部分的第一金属隔离器(21)对从波导腔体(1)前部分进入波导腔体(1)的微波进行隔离处理;
步骤二、通过隔离电阻(3)吸收步骤一中隔离处理后的微波中不平衡的部分;
步骤三、通过长度为工作频率为四分之一波长第二金属隔离器(22)将步骤二中处理后的微波中不平衡的部分反射回步骤二中进行吸收;
步骤四、经过所述步骤三处理后的微波从所述波导腔体(1)后部分导出。
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