一种3mm波段的波导合成器及八路波导合成网络的制作方法

1.本发明涉及波导合成技术领域，尤其涉及一种3mm波段的波导合成器及八路波导合成网络。


背景技术：

2.微波功率合成器用于将多路射频信号合成为一路输出。微波功率合成器的类型包括t型结、wilkinson电桥、环形耦合器、分支电桥、波导魔t和同轴探针合成器。微波功率合成器中结构最简单的是t型波导合成器。
3.t型波导合成器通常由两个矩形波导呈t型交叉相连构成。在横向的矩形波导两个端口输入信号，由竖向的矩形波导的一个端口输出功率合成信号。t型波导合成器是一个无耗互易三端口网络，结合散射矩阵理论可知，三端口网络不可能同时满足无耗的、互易的和全部端口匹配。且，传统t型波导合成器存在寄生电抗效应，同时带宽较窄、传输端口不匹配。因此，传统t型波导合成器的损耗大、隔离度差，不适用于3mm波段的应用。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种3mm波段的波导合成器及八路波导合成网络，以解决传统t型波导合成器的损耗大、隔离度差的问题。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种3mm波段的波导合成器，所述波导合成器为t型波导结构，所述波导合成器包括：输入波导和输出波导，其中输出波导的输入端垂直连接在输入波导的两端之间。输入波导的侧壁上设有第一凸台，其中所述第一凸台设于正对输出波导的开口的侧壁上，所述第一凸台向输出波导的输出方向凸起。输入波导的侧壁上、输出波导的两侧分别设有一个第二凸台，其中所述第二凸台设于垂直于输出波导的输出方向且与输出波导相连的侧壁上，所述第二凸台向远离输出波导的输出方向凸起。
6.在一种可能的实现方式中，第二凸台的一个侧壁与输出波导的一个侧壁重合。
7.在一种可能的实现方式中，输入波导的两端分别连接有一个l型的弯波导。所述弯波导的开口方向与所述输出波导的开口方向相反。
8.在一种可能的实现方式中，所述弯波导为45
°
倒角弯波导。
9.在一种可能的实现方式中，所述输入波导和输出波导为e面波导。
10.在一种可能的实现方式中，所述输入波导和输出波导为h面波导。
11.在一种可能的实现方式中，所述第一凸台朝向输入波导两端的侧面为弧形倒角。
12.在一种可能的实现方式中，所述第二凸台朝向同侧的输入波导一端的侧面为弧形倒角。
13.第二方面，本发明实施例提供了一种八路波导合成网络，基于如第一方面任一项可能的实现方式中提供的3mm波段的波导合成器构成，包括：四个第一级的波导合成器、两个第二级的波导合成器和一个第三级的波导合成器。各第一级的波导合成器的输入端作为八路波导合成网络的输入端。每个第一级的波导合成器的输出端连接一个第二级的波导合
成器的输入端。每个第二级的波导合成器的输出端连接一个第三级的波导合成器的输入端。第三级的波导合成器的输出端作为八路波导合成网络的输出端。
14.在一种可能的实现方式中，所述波导合成器为e面波导合成器。
15.本发明实施例提供一种3mm波段的波导合成器及八路波导合成网络，该波导合成器包括输入波导和输出波导，其中输出波导的输入端垂直连接在输入波导的两端之间。输入波导的侧壁上设有第一凸台，其中第一凸台设于正对输出波导的开口的侧壁上，第一凸台向输出波导的输出方向凸起。输入波导的侧壁上、输出波导的两侧分别设有一个第二凸台，其中第二凸台设于垂直于输出波导的输出方向且与输出波导相连的侧壁上，第二凸台向远离输出波导的输出方向凸起。本发明通过在正对输出端口的位置设置第一凸台，在输出波导连接输入波导的位置设置两个第二凸台，增加两路输入信号的隔离度，减小了回波损耗和插入损耗，适用于3mm波段的应用。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明实施例提供的一种3mm波段的波导合成器的结构示意图；
18.图2是本发明实施例提供的凸台的尺寸示意图；
19.图3是本发明实施例提供的八路波导合成网络的结构示意图。
具体实施方式
20.为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本方案保护的范围。
21.本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含，并不仅限于文中列举的示例。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
22.以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述：
23.本发明实施例提供了一种3mm波段的波导合成器及八路波导合成网络，以解决传统t型波导合成器的损耗大、隔离度差的问题。
24.图1为本发明实施例提供的一种3mm波段的波导合成器的结构示意图。参照图1，该波导合成器为t型波导结构，上述波导合成器包括：输入波导100和输出波导200，其中输出波导200的输入端垂直连接在输入波导100的两端之间。输入波导100的侧壁上设有第一凸台110，其中第一凸台110设于正对输出波导200的开口的侧壁上，第一凸台110向输出波导200的输出方向凸起。输入波导100的侧壁上、输出波导200的两侧分别设有一个第二凸台120，其中第二凸台120设于垂直于输出波导200的输出方向且与输出波导200相连的侧壁上，第二凸台120向远离输出波导200的输出方向凸起。
25.3mm波段即工作频率的范围为90ghz至98ghz。射频信号通过输入波导100的两个端口进入波导合成器，通过第二凸台120和第一凸台110在第输出波导200的输出端输出。第二凸台120可起到波导过渡作用。第一凸台110可起到阻抗变换作用。第二凸台120和第一凸台110共同将波导宽边收窄，可实现波导传输线的阻抗匹配的作用。第一凸台110同时起到了扩宽带宽的作用。
26.本发明实施例提供的3mm波段的波导合成器通过在正对输出端口的位置设置第一凸台110，在输出波导200连接输入波导100的位置设置两个第二凸台120，增加两路输入信号的隔离度，减小了回波损耗和插入损耗，适用于3mm波段的应用。
27.本发明的提供的3mm波段的波导合成器，可通过调节第一凸台110和第二凸台120的结构尺寸参数，适应w波段中不同的工作频段，其外形结构对称，便于装配加工，具有较好的幅度和相位一致性。
28.图2是本发明实施例提供的凸台的尺寸示意图。参照图2，波导合成器的主要结构参数包括：波导腔截面宽度a，波导腔截面长度b，第一凸台宽度x1，第一凸台高度y1，第二凸台宽度x2，第二凸台高度y2。示例性的，第一凸台宽度x1为0.43毫米，第一凸台高度y1为1.28毫米。示例性的，第二凸台宽度x2为0.27毫米，第二凸台高度y2为1.06毫米。
29.在一种可能的实现方式中，第二凸台120的一个侧壁与输出波导200的一个侧壁重合。输出波导200的两侧各设置一个第二凸台120。第二凸台120紧邻输出波导200。以输入波导的一端为左侧，另一端为右侧。左侧第二凸台120的右侧面与输出波导200的左侧面重合。右侧第二凸台120的左侧面与输出波导200的右侧面重合。
30.在一种可能的实现方式中，输入波导100的两端分别连接有一个l型的弯波导300。弯波导300的开口方向与输出波导200的开口方向相反。弯波导300可改变输入信号的传输方向。
31.在一种可能的实现方式中，弯波导300为45
°
倒角弯波导。示例性的，45
°
倒角的长度为1毫米。弯波导300通过对称切角的方式改变波导的传输方向，隔离度更高。
32.在一种可能的实现方式中，输入波导100和输出波导200为e面波导。考虑性能指标和器件的性能平衡，合成器的基本单元选择了结构简单的波导t型结。波导t型结可分为e面t型结和h面t型结，e面t型结带宽更宽，插损更小，加工更为方便。
33.在一种可能的实现方式中，输入波导100和输出波导200为h面波导。
34.在一种可能的实现方式中，第一凸台110朝向输入波导100两端的侧面为弧形倒角。第一凸台110的左右两侧面为弧形倒角，实现波导腔的大小渐变。
35.在一种可能的实现方式中，第二凸台120朝向同侧的输入波导100一端的侧面为弧形倒角。位于输出波导左侧的第二凸台120的左侧面为弧形倒角，且，位于输出波导右侧的第二凸台120的右侧面为弧形倒角。
36.图3是本发明实施例提供的一种八路波导合成网络的结构示意图。参照图3，本发明实施例提供了一种八路波导合成网络，基于上述任一项可能的实现方式中提供的3mm波段的波导合成器构成，包括：四个第一级的波导合成器、两个第二级的波导合成器和一个第三级的波导合成器。各第一级的波导合成器的输入端作为八路波导合成网络的输入端。每个第一级的波导合成器的输出端连接一个第二级的波导合成器的输入端。每个第二级的波导合成器的输出端连接一个第三级的波导合成器的输入端。第三级的输出端作为八路波导
合成网络的输出端。
37.八路波导合成网络由多个3mm波段的波导合成器构成。各波导合成器通过输入端和输出端首尾相连级联。示例性的，各波导合成器的输入波导100的两端分别连接有一个l型的弯波导300。弯波导300的开口方向与输出波导200的开口方向相反。弯波导300为45
°
倒角弯波导。各波导合成器的弯波导300对称分布，45
°
倒角弯波导能够有效提高各输入端口之间的隔离度，改善各级波导臂传输时的驻波特性。
38.示例性的，第一级波导臂c1的长度为2.5毫米，第二级波导臂c2的长度为12.74毫米，第三级波导臂c3的长度为24.84毫米。示例性的，第一级输出波导长度v1为5.27毫米，第二级输出波导长度v2为5.27毫米，第三级输出波导长度v3为4毫米。
39.在一种可能的实现方式中，波导合成器为e面波导合成器。为了e面t型结加工方便，将合成器分成上下两个结构件分别在结合面开出波导槽，每个结构件的波导槽宽1.27mm，深1.27mm，最后使用螺钉紧固。加工时需注意螺钉孔和波导沟槽的间距和螺钉孔排布方式，避免装配时螺钉预紧力不均匀导致合成器波导侧壁变形，或者合成器上下结构件结合不紧密，这些情况都会对波导合成器的性能造成很大影响。
40.本发明实施例提供的八路波导合成网络在90ghz～98ghz范围内，插入损耗≤0.14db，回波损耗≤-29.5db，具有较好的相位一致性和幅度一致性。本发明实施例提供的八路波导合成网络可工作在3mm波段，可解决传统的波导功率合成器级联后插损较大、隔离度差、结构复杂的问题，具有高功率容量、加工装配难度低，结构尺寸小巧、幅度和相位一致性较好的优势。
41.本发明实施例提供了一种固态功率放大器装置，包括上述任一项可能的实现方式中提供的八路波导合成网络。示例性的，上述装置包括八个功率放大器，每个功率放大器的输出端连接一个八路波导合成网络的输入端。
42.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。