基于同轴TE01模式的n路波导空间径向功率分配合成器制造技术

本发明专利技术提供一种基于同轴TE01模式的n路波导空间径向功率分配合成器，包括同轴线，n个大小形状相同的辐射状排列的矩形波导，n个矩形波导沿径向均匀分布，同轴线底部设置三级同轴匹配短路面。由于采用同轴圆对称TE01模式，可有效降低非圆对称模式干扰，得到优于传统的基于圆波导TE01模式径向功率分配合成器工作频率带宽，并克服了传统的基于同轴线径向波导空间功率分配合成器在高频应用时的尺寸限制和功率容量限制，具有工作频带宽、合成支路数目多、功率容量高、适用于高频率工作以及便于加工实现的技术特点，突破了传统波导空间径向功率合成器所面临的诸多限制，可用于实现微波、毫米波、太赫兹频段的宽带多路高功率合成系统。

【技术实现步骤摘要】
基于同轴TE01模式的n路波导空间径向功率分配合成器
本专利技术涉及微波毫米波太赫兹
，特别涉及微波毫米波太赫兹功率合成

技术介绍
在波导空间径向功率合成技术中，多个单模支路(多为矩形波导)以径向构架的方式组合为圆对称模式合成输出，具有合成支路多、合成效率高的技术特点，备受业内关注。当前，波导空间径向功率合成器根据合成输出的圆对称模式不同，分为基于圆波导TE01模式的径向功率合成器和基于同轴TEM模式的径向功率合成器。在基于圆波导TE01模式的径向功率合成中，多个TE10模式矩形波导支路以两两宽边相邻的方式沿圆波导周界径向排列，在圆波导内组合成圆对称TE01模式输出。在这类合成技术中，合成输出的圆波导圆对称TE01模式为高阶模式，其他非圆对称模式(特别是低阶模式)干扰严重地损坏了径向功率合成器中的支路幅度、相位一致性，降低了功率合成的效率，限制了工作带宽。因此，这类合成技术难以实现微波毫米波宽带高效率合成。在基于同轴TEM波模式的径向功率合成器中，多个TE10模式矩形波导支路以两两窄边相邻的方式沿同轴周界径向排列，在同轴线内组合成圆对称TEM模式输出。在这类合成技术中，各支路矩形波导两两窄边相邻，宽边尺寸保持确定值，要增加合成网络支路数目，势必增大同轴线直径，这必将带来高次模式的干扰；另外，合成输出的同轴TEM模式其单模工作特性须由较小横截面尺寸保证，这在高频率(比如毫米波、THz)应用时带来更大的加工实现难度，同时也会降低系统的功率容量。因此，这类合成技术在合成支路数目不会太多、工作频率不会太高、且功率容量也不会太高，高频率下加工实现难度大，不便于毫米波多路高功率合成应用。为此，针对以上传统的波导空间径向功率合成技术缺陷，本专利技术提出了一种基于同轴TE01模式的新型n路波导空间径向功率合成器，将多个TE10模式矩形波导支路以两两宽边相邻的方式沿同轴线周界径向排列，组合成同轴圆对称TE01模式输出。在这种新型波导空间径向功率合成器中，所合成输出的圆对称模式为同轴圆对称TE01模式，可有效降低非圆对称模式干扰，得到优于传统的基于圆波导TE01模式径向功率合成器工作频率带宽；并且，这种新型径向功率合成器中，同轴线工作于高阶模式，可采用较大尺寸横截面的同轴线实现；还有，径向排列的各支路矩形波导可采用窄边尺寸较小的低阻抗波导，可在不增加同轴线尺寸的情况下实现合成网络支路数目的增多。可见这种新型波导空间径向功率合成器具有工作频带宽、合成支路数目多、功率容量高、适应于高频率工作以及便于加工实现的技术特点，突破了传统波导空间径向功率合成器在高频率、宽频带、多支路、高功率以及加工实现等方面所面临的诸多限制，可用以满足日益增长的微波、毫米波、太赫兹宽带高功率合成需求。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术提供一种基于同轴TE01模式的n路波导空间径向功率分配合成器，可有效解决传统波导空间径向功率分配合成器在高频率、宽频带、多支路、高功率以及加工实现等方面所面临的诸多问题。为实现上述专利技术目的，本专利技术技术方案如下：一种基于同轴TE01模式的n路波导空间径向功率分配合成器，包括同轴线1，同轴线1上连接n个大小形状相同的辐射状排列的矩形波导2，同轴线1包括同心设置的外部的同轴线外导体1-2以及中心的同轴线内导体1-1，所述n个矩形波导2沿同轴线外导体1-2圆周径向均匀分布，在矩形波导2与同轴线1的连接处，相邻矩形波导2的宽度边之间紧邻接触，同轴线内导体1-1内的底部同心设置至少一个圆台：第一圆台41；当设置2个以上圆台时，从下至上各圆台的直径依次减小，各圆台的台阶面形成多级同轴匹配短路面3，其中：第一圆台41的底面为第一级短路面3-1，第一圆台41的顶面为第二级短路面3-2，同轴线内导体1-1底部垂直连接于最上方的圆台的上表面。作为优选方式，同轴线内导体1-1的底部同心设置至少两个圆台：第一圆台41、第二圆台42；第一圆台41位于第二圆台42的下方，同轴线外导体1-2的直径大于第一圆台41的直径，第一圆台41的直径大于第二圆台42的直径，第一圆台41和第二圆台42的台阶面形成多级同轴匹配短路面3，其中：第一圆台41的底面为第一级圆环短路面3-1，第一圆台41的顶面为第二级圆环短路面3-2，第二圆台42的上表面为第三级圆环短路面3-3。作为优选方式，同轴线内导体1-1的底部同心设置m个圆台，m≥3，形成m+1级同轴匹配短路面3，第二圆台42的上表面为第三级圆环短路面3-3，第m圆台的上表面为第m+1级圆环短路面。作为优选方式，同轴线1一端为所述n路波导空间径向功率分配合成器输出端口(P1)，另一端连接第三级短路面3-3；n路矩形波导2为所述n路波导空间径向功率分配合成器的n个支路；各支路矩形波导2一端为所述n路波导空间径向功率分配合成器的输入端口(P2，P3，…，Pn，Pn+1)，另一端与同轴线1相连接，连接位置设置于同轴线1的同轴匹配短路面3所在端；n路矩形波导2位于同一平面，并与同轴线1垂直。作为优选方式，同轴线1工作于同轴TE01圆对称模式，矩形波导2工作于矩形波导TE10模式；置于同轴线1底端的圆环短路面3用以调节端口匹配；当用作功率合成时，分别由n个矩形波导端口(P2，P3，…，Pn，Pn+1)输入n路幅度相等、相位相同的矩形波导TE10模式信号，将功率合成为一路同轴圆对称TE01模式信号并由同轴线1端口P1输出；当用作功率分配时，由同轴线1的P1端口输入同轴TE01圆对称模式信号，并在同轴线1的另一端对称地分配为n路幅度相等、相位相同的矩形波导TE10模式信号并由n个矩形波导端口(P2，P3，…，Pn，Pn+1)输出。作为优选方式，n大于等于8。作为优选方式，n为16。作为优选方式，在Ka波段下，工作频率为31-43GHz，支路数n＝16，同轴线内导体1-1外径d＝1mm，同轴线外导体1-2内径D＝12.4mm；矩形波导2宽度边尺寸a为7.112mm，在矩形波导2端口处最外侧的宽度边尺寸b为3.556mm，矩形波导2与同轴线外导体1-2连接处的宽度边尺寸b0为2.42mm；第一级圆环短路面3-1与n路矩形波导宽边中心线的垂直距离H1＝3.556mm；第一级圆环短路面3-1外径D1＝12.4mm，第二级圆环短路面3-2外径D2＝9.68mm，第三级圆环短路面3-3外径D3＝4.52mm，第一、二级圆环短路面之间的垂直间距H2＝2.3mm，第二、三级圆环短路面之间的垂直间距H3＝2.3mm。作为优选方式，在端口P1馈入同轴TE01圆对称模式时，在31-43GHz、相对带宽32.43％频率范围内端口反射系数S11小于-15dB，在31.6-40.2GHz、相对带宽24％频率范围内端口反射系数S11小于-20dB，并在43.2GHz达到最小为-42dB；16路矩形波导端口(P2，P3，…，Pn，Pn+1)TE10模式与同轴端口P1圆对称模式TE01模式间的传输系数幅度在31-43GHz，频率范围内为-12.20～12.06dB，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于同轴TE01模式的n路波导空间径向功率分配合成器，其特征在于：包括同轴线(1)，同轴线(1)上连接n个大小形状相同的辐射状排列的矩形波导(2)，同轴线(1)包括同心设置的外部的同轴线外导体(1-2)以及中心的同轴线内导体(1-1)，所述n个矩形波导(2)沿同轴线外导体(1-2)圆周径向均匀分布，在矩形波导(2)与同轴线(1)的连接处，相邻矩形波导(2)的宽度边之间紧邻接触，同轴线内导体(1-1)内的底部同心设置至少一个圆台：第一圆台(41)；当设置2个以上圆台时，从下至上各圆台的直径依次减小，各圆台的台阶面形成多级同轴匹配短路面(3)，其中：第一圆台(41)的底面为第一级短路面(3-1)，第一圆台(41)的顶面为第二级短路面(3-2)，同轴线内导体(1-1)底部垂直连接于最上方的圆台的上表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于同轴TE01模式的n路波导空间径向功率分配合成器，其特征在于：包括同轴线(1)，同轴线(1)上连接n个大小形状相同的辐射状排列的矩形波导(2)，同轴线(1)包括同心设置的外部的同轴线外导体(1-2)以及中心的同轴线内导体(1-1)，所述n个矩形波导(2)沿同轴线外导体(1-2)圆周径向均匀分布，在矩形波导(2)与同轴线(1)的连接处，相邻矩形波导(2)的宽度边之间紧邻接触，同轴线内导体(1-1)内的底部同心设置至少一个圆台：第一圆台(41)；当设置2个以上圆台时，从下至上各圆台的直径依次减小，各圆台的台阶面形成多级同轴匹配短路面(3)，其中：第一圆台(41)的底面为第一级短路面(3-1)，第一圆台(41)的顶面为第二级短路面(3-2)，同轴线内导体(1-1)底部垂直连接于最上方的圆台的上表面。


2.根据权利要求1所述的基于同轴TE01模式的n路波导空间径向功率分配合成器，其特征在于：同轴线内导体(1-1)的底部同心设置至少两个圆台：第一圆台(41)、第二圆台(42)；第一圆台(41)位于第二圆台(42)的下方，同轴线外导体(1-2)的直径大于第一圆台(41)的直径，第一圆台(41)的直径大于第二圆台(42)的直径，第一圆台(41)和第二圆台(42)的台阶面形成多级同轴匹配短路面(3)，其中：第一圆台(41)的底面为第一级圆环短路面(3-1)，第一圆台(41)的顶面为第二级圆环短路面(3-2)，第二圆台(42)的上表面为第三级圆环短路面(3-3)。


3.根据权利要求1所述的基于同轴TE01模式的n路波导空间径向功率分配合成器，其特征在于：同轴线内导体(1-1)的底部同心设置m个圆台，m≥3，形成m+1级同轴匹配短路面(3)，第二圆台(42)的上表面为第三级圆环短路面(3-3)，第m圆台的上表面为第m+1级圆环短路面。


4.根据权利要求1所述的基于同轴TE01模式的n路波导空间径向功率分配合成器，其特征在于：
同轴线(1)一端为所述n路波导空间径向功率分配合成器输出端口(P1)，另一端连接第三级短路面(3-3)；n路矩形波导(2)为所述n路波导空间径向功率分配合成器的n个支路；各支路矩形波导(2)一端为所述n路波导空间径向功率分配合成器的输入端口(P2，P3，…，Pn，Pn+1)，另一端与同轴线(1)相连接，连接位置设置于同轴线(1)的同轴匹配短路面(3)所在端；n路矩形波导(2)位于同一平面，并与同轴线(1)垂直。


5.根据权利要求1所述的基于同轴TE01模式的n路波导空间径向功率分配合成器，其特征在于：
同轴线(1)工作于同轴TE01圆对称模式，矩形波导(2)工作于矩形波导TE10模式；...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢小强，李雪鹏，张译戈，闫卓伟，马柱荣，原铭伟，龚志伟，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51