一种基于E面的径向功率合成器的制作方法

本发明涉及通信领域，更具体地，涉及一种基于e面的径向功率合成器。

背景技术：

1、伴随着电子信息行业的高速发展，通信行业的发展日新月异，在卫星通信领域，对发射系统的要求越来越高，功率合成技术需要满足其系统的需求；

2、卫星通信广泛应用于国防建设，个人移动通信，航空航天通信等广阔领域，受工艺和散热条件限制，常用的单个功率放大管，远远不能满足现代功放的功率要求，而功率合成成为大功率功放必备条件，且大功率功放传输距离更远，大带宽携带信息容量更大，其高功率，大宽带的需求是一种发展趋势，而常用的功率合成方式为平面二进制合成，空间功率合成，径向波导合成；

3、平面二进制合成通常采用微带线传输射频信号，要实现超宽带设计，需要经过多次阻抗变换才能实现，微带线要求更长的线长，这将增加导体损耗和介质损耗，随着合成次数的增加，传统的平面合成损耗过大；从而限制了大功率合成方式的使用。

4、空间功率合成基于低损耗的宽带波导异面鳍线天线阵列设计技术。由于宽带的匹配电路通常采用多段匹配的方式展宽带宽，在频带很宽时就需要有很长的传输线，且波导异面鳍线天线阵列空间功率合成存在通道与通道之间隔离度差，受限散热方式和工作带宽，限制了宽带大功率合成方式的使用。

5、基于径向波导功率合成是指多路微波信号在波导腔体内的空间中进行功率合成，充分利用了波导损耗小的特点，同时发挥波导阻抗变换灵活的优势，实现多路数和高效率的功率合成，但是以往径向波导合成器的技术存在以下缺点：

6、1.通道与通道之间隔离度较差，分端口驻波较差的缺陷，为解决此问题，不得不在连接功放单元时使用隔离器以避免其相互串扰自激，这样功放合成的效率较低，不利于大功率功放合成；

7、2.大多数大功率功放单元由于受散热方式限制不得不使用e面合成方式，基于h面的径向波导合成器与功放单元连接时需要进行h面到e面转换，这样在高度方向上会有一个e面加h面的叠加。当功放工作在ka以下频段时，由于波导尺寸较大，基于h面的径向波导合成器不利于市场所需求小型化集成化趋势，因此在一定程度上限制在通信领域的应用。

技术实现思路

1、本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种基于e面的径向功率合成器，用于解决现有的径向波导合成器隔离效果差，且基于h面的径向波导合成器的应用范围受到限制的问题。

2、本发明采用的技术方案包括：

3、第一方面，本发明提供一种基于e面的径向功率合成器，包括径向合路单元、合路台阶波导单元、微带与波导转换电路，以及同轴转脊波导单元；径向合路单元至少包括同轴设置的第一合路圆柱形波导、第二合路圆柱形波导和第三合路圆柱形波导，以及若干路合路矩形分支结构；每一路合路矩形分支结构以合路圆柱形波导的轴为轴径向对称排列，由第一合路矩形波导分支和第二合路矩形波导分支组成；在每路合路矩形分支结构中，第一合路矩形波导分支的位置较第二合路矩形波导分支更靠近合路圆柱形波导；相邻两路合路矩形分支结构之间均有部分为第三合路圆柱形波导所覆盖；每路合路矩形分支结构在远离合路圆柱形波导的一端均与一个合路台阶波导单元以及一个微带转波导转换电路连接；微带转波导转换电路用于接收射频信号，并通过微带转波导的方式将信号传输至合路台阶波导单元；合路台阶波导单元用于并将垂直传输的信号传输转水平方向传输至合路矩形分支结构；每路合路矩形分支结构传输的信号在合路圆柱形波导处合成一路信号，顺序通过第三合路圆柱形波导、第二合路圆柱形波导和第一合路圆柱形波导后传输至同轴转脊波导单元；同轴转脊波导单元与合路圆柱形波导同轴设置，用于将径向合路单元合成的同轴信号转换为标准矩形波导并输出。

4、本发明提供一种径向功率合成器，为了解决基于h面的合成器所带来的限制，该径向功率合成器基于e面设计，包括由完全对称的合路矩形分支结构以及多个对称的圆柱形波导组成的径向合路单元，与径向合路单元连接的同轴转脊波导单元，以及与每一路合路矩形分支结构相连接的合路台阶波导单元和微带转波导转换电路。每一路合路矩形分支结构接收信号，并通过微带转波导转换电路，将电磁场在波导中合成后传播，通过微带转波导的方式，既可以实现平面到空间的电磁传播的转换，又可以继承平面电磁传播散热好的优势，还有利于与外部的推动级电路集成，从而实现小体积范围内高度集成化，而合路台阶波导单元将垂直传输的信号转为水平方向传输，有效实现宽带工作带宽的矩形波导te10模式传输。相邻的合路矩形分支结构之间均有部分被第三合路圆柱波导覆盖，从而实现了合路矩形分支结构之间的隔离端口，使合路矩形分支结构之间端口隔离度更高，相互独立。最后，每一路合路矩形分支结构的信号合成一路信号，经合路圆柱形波导后输入同轴转脊波导单元，同轴转脊波导单元通过e面激励的方式将同轴波导的模式实现从同轴线的tem模到波导的te10模之间的转换。本发明提供的径向功率合成器整体结构具有较高的对称性，导致电磁场在传输方向上拥有高度对称性，不受tem波传输过程中电磁场变化的影响，使合成器的损耗较低，同时也使得功率合成时各个分端口的相位相同幅度相等，合成器的合路矩形分支结构之间的隔离度好，不需要额外加隔离器，可降低制作成本。

5、进一步，所述同轴转脊波导单元包括顺序连接的同轴金属圆柱、三级金属台阶以及标准波导。

6、经过圆柱形波导的合路同轴信号顺序经过同轴金属圆柱、三级金属台阶以及标准波导后转为标准矩形波导，完成tem模到tm10模之间的转换。该结构的同轴转脊波导单元损耗小、频带宽且结构紧凑，能够方便一体化加工。

7、进一步，所述微带转波导转换电路包括1/4波长反射腔、微带探针单元以及标准波导。

8、输入信号首先通过微带探针单元进入，通过微带探针单元进入1/4波长反射腔，最后输入标准波导内合成输出。微带转波导转换电路将微带探针单元深入到标准波导里面，通过微带转波导的方式将电磁场在波导中合成后传播。电磁场在波导中传播插损很小，通过微带转波导的方式，既可以实现平面到空间的电磁传播的转换，又可以继承平面电磁传播散热好的优势，还有利于与外部的推动级电路集成在一起，从而实现小体积范围内高度集成化。

9、进一步，所述合路台阶波导单元由三级台阶波导组成。

10、在合路台阶波导单元中，输入信号垂直进入最高级台阶波导，经过三级台阶波导输入合路矩形分支结构，在合路矩形分支结构中转为水平方向传输，通过调节三级台阶波导可以有效实现宽带工作带宽的矩形波导以te10模式传输。

11、进一步，所述径向合路单元还包括同轴设置的第四合路圆柱形波导和第五合路圆柱形波导。

12、信号在传输过程中不经过第四合路圆柱形波导与第五合路圆柱形波导，但第四以及第五合路圆柱形波导的半径长度和高度的设置可以改善整个径向合路单元的匹配和消除矩形波导以及同轴转脊波导单元中高次模的影响。

13、进一步，所述同轴金属圆柱包括第一圆柱、第二圆柱和空气腔；第二圆柱的宽度与空气腔相同，在空气腔与第二圆柱之间相隔一段第一圆柱。

14、第一圆柱为波导转同轴，信号沿第一圆柱的表面传输至第二圆柱。

15、进一步，所相隔的一段第一圆柱为50欧姆。

16、进一步，所述标准波导为wr159波导。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

18、本发明提供一种基于e面的径向功率合成器，基于e面的设计能够解决基于h面的合成器所带来的限制，在集成化小型化上面有很大的优势，可以直接与后级电路集成在同一平面。其中，功率合成器包括由完全对称的矩形分支结构以及多个对称的圆柱形波导组成的径向单元，与径向单元连接的同轴转脊波导单元，以及与每一路矩形分支结构相连接的台阶波导单元和微带转波导转换电路。微带转波导转换电路通过微带转波导的方式，既可以实现平面到空间的电磁传播的转换，又可以继承平面电磁传播散热好的优势，还有利于与外部的推动级电路集成，从而实现小体积范围内高度集成化。相邻的矩形分支结构之间均有部分被第三圆柱波导覆盖，从而实现了矩形分支结构之间的隔离端口，矩形分支结构之间端口隔离度更高，相互独立，无需增加额外的隔离器，即使是与之配合的功率放大器出现损毁，其他功率放大器仍可以工作，合成器的输出功率按一定比例下降。本发明提供的径向功率合成器的整体结构具有较高的对称性，导致电磁场在传输方向上拥有高度对称性，不受tem波传输过程中电磁场变化的影响，使合成器的损耗较低，同时也使得功率合成时各个分端口的相位相同幅度相等。