一种基于波导的ka波段功率合成器设计

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1、一种基于波导的毫米波高功率合成器李勇利（电子科技大学物理电子，成都100190）nie_yang17@163.com摘要：本文介绍了一种基于波导结构的微波毫米波功率合成器，它是一种扩展同轴波导的N端口空间功率合成器，这种功率合成器采用TEM主模传输，截止频率无限低，具有宽频带应用特点。同时它所具有的大功率，高效率，低差损等特点，使其在微波毫米波大功率合成方面具有良好的应用前景。关键词：毫米波，同轴波导，空间功率合成，TEM模Atypeofmillimeter-wavepower-combinorbasedonwaveguideNieYang(Ins

2、tituteOfElectronics,ChineseAcademyOfSciences,Beijing100000)Abstract:Anewtypeofwaveguide-microstriplinetransitionsisintroducedinthisarticle.Inthistransitionthewaveguideandmicrostriplineareconnectedinastraightline,itisairproofandissmallerthaneverbeen.Wetesteditbacktoback,ithasag

3、oodperformance.Inthefrequencyof28GHz—32GHz,ithasainsertlossislessthan0.7dB,andreturnlosslessthan18dB.Keywords:waveguide-microstriplinetransitions,probe，agitate-pole31引言随着我国国防军事电子技术的快速发展，毫米波逐渐成为我国军事运用的主要频段，功率放大器作为发射机的关键部件，对高功率放大器的需求更是与日俱增。然而，目前由于毫米波段单级固态功放的输出功率有限，不能满足要求。采用功率合成技

4、术能够得到更大的输出功率以满足系统的要求。波导结构的空间功率合成技术作为功率合成技术的一种具有工作频带宽，合成效率高的优点。较传统的功率合成方式如Wilkson功分器，分支线耦合器等有很大的改善。目前，各种新型的功率合成方法和新型结构不断出现。功率合成技术和功放的输出能力也得到了进一步的提高。空间功率合成的结构有很多种，本文主要介绍的是一种扩展同轴波导的空间功率合成。2基本原理我们可以把深入波导的探针看成一个天线，若同轴线接波源，向波导所限定的方向辐射电磁波，一般地说，只要电磁波的电场或磁场分量与波导某模式的电场或磁场分量一致，该模便会被激励[1]

5、。根据互易定理，若波导口接波源，那么此时能量也能从波导中被耦合出来。探针从波导的短路面插入，与波导内的电场方向垂直，探针会对波导内的场结构产生影响（如图1），这样是不能把能量耦3图1探针附近的电场矢量合出去的，所以就要从探针的正上方插入一根调节螺钉，对波导内的场结构产生扰动[3]（如图2）。探针和螺钉的顶面之间就会形成一个电容，能量是可以从这个电容上被耦合出去的。图2插入调节钉后波导内的电场结构3仿真设计根据理论分析可知，螺钉的位置和长度、探针的长度是影响过渡结构性能的因素。将探针从短路面中间插入，调节螺钉从波导宽边的中间插入，螺钉位于探针尖端的正

6、上方附近，设调节螺钉的半径为变量R1，调节螺钉的长度为变量D，调节螺钉与短路面的距离为变量C，探针的长度为变量L，探针的半径为变量R2，利用Ansoft公司的商用软件HFSS建立模型进行仿真。调节这几个变量可以得到一个较好的效果如图4所示。图3过渡结构的侧面剖视图和波导口入视图3图4过渡结构优化结果由图中可以看出，在27G-32G之间的一段频率内，过渡结构有较好的性能，插损小于0.2dB。4过渡结构的制作与测试测试采用背对背形式，两个过渡结构由一段15mm长的微带线联接。图5测试结构剖面图测试仪器使用Agilent公司的10MHz—40GHz矢量网

7、络分析仪，旋动调节螺钉得到最佳的传输性能，如图6所示。图6测试结果从图中可以看出，在28GHz—32GHz频率范围内，回波损耗小于-18dB，插入损耗小于0.7dB（其中包括15mm长的50Ω微带线的损耗）。实测结果与仿真结果基本一致，插入损耗较仿真结果略大，这是由装配误差引起的。图7实物照片5结论本文介绍了一种直通方向的波导—同轴探针—微带过渡结构，这种结构与以往所用的过渡结构相比，其主要优点在于既解决了波导—微带探针过渡、波导—鳍线—微带过渡等结构普遍存在的气密性的问题，而且具有波导接口—同轴探针—微带线直通的联接方向，比传统的E面插入的波导—

8、同轴探针—微带线过渡结构更有利于小型化集成。由于调节螺钉可以对装配误差进行一定的补偿调节，这种新结构受装配工艺水平的影响也