一种基于波导-微带转换的功率分配合成网络设计方法

摘要

本发明属于馈电结构技术领域，具体的说是涉及一种基于波导‑微带转换的功率分配/合成网络设计方法。本发明在传统的波导转微带结构上进行改进，在波导‑微带转换结构的基础上，通过合理的在矩形波导窄边成对设计微带线，在不额外增加波导功分节的前提下可以实现一分二、一分四或者一分八功分或者合路的功能，该发明的功分器由于只有一个波导转微带结构，相比于传统的波导功分加波导转微带实现波导‑微带功分的结构大大缩小了空间，且其损耗比传统的多功分节波导功分器损耗更小。特别适合适用于高频段、大功率、高效率的射频系统。

权利要求

1.一种基于波导‑微带转换的功率分配/合成网络设计方法，其特征在于，包括：将矩形波导沿信号传递方向的两端外的四个面，根据面积大小，将面积较大的面定义为宽面，面积较小的面定义为窄面；

将矩形波导信号输入/输出的一端定义为波导信号端，与波导信号端相对的一端定义为微带转换端；

在靠近微带转换端的矩形波导上插入具有微带线的PCB板，从而实现功分/合路的功能；其中PCB板插入的方式为垂直插入窄面的方式，且PCB板距离微带转换端的末端有间距；

所述PCB板为多个，分别从矩形波导两侧的窄面相对插入，每个PCB板上2条或者2条的整数倍的微带线；所述PCB板上具有多个微带支路。

2.根据权利要求1所述的一种基于波导‑微带转换的功率分配/合成网络设计方法，其特征在于，所述PCB板上具有2个微带支路。

3.根据权利要求1所述的一种基于波导‑微带转换的功率分配/合成网络设计方法，其特征在于，所述PCB板上具有3个微带支路。

4.根据权利要求1所述的一种基于波导‑微带转换的功率分配/合成网络设计方法，其特征在于，在矩形波导内部与PCB板上微带支路对应的连接处，具有匹配支节。

5.根据权利要求1所述的一种基于波导‑微带转换的功率分配/合成网络设计方法，其特征在于，所述PCB板构成了波导窄壁，在波导窄壁上设置有开孔用于保证微带不被短路。

6.根据权利要求1所述的一种基于波导‑微带转换的功率分配/合成网络设计方法，其特征在于，PCB板中每个微带支路两侧均设置有金属化过孔。

说明书

一种基于波导‑微带转换的功率分配合成网络设计方法

技术领域

[0001] 本发明属于馈电结构技术领域，具体的说是涉及一种基于波导‑微带转换的功率分配/合成网络设计方法。

背景技术

[0002] 随着通信技术的快速发展，为满足更远的通信距离、更高的通信质量的要求，需要开发出适用于高频段、大功率、高效率的射频系统。目前，在单个固态功率放大器芯片输出功率有限的情况下普遍采用功率合成技术来提高射频系统的输出功率。现阶段，由于波导分配/合成网络具有功率容量大、合成损耗小、散热性能好等优点，广泛应用于微波高功率合成系统中；固态功率器件常用微带线为传输线，因此需要波导‑微带转换，实现信号在波导和微带线之间的模式转换。因此，现阶段的大功率、高效率功分/合成网络普遍采用波导功分+波导转微带的结构实现。

[0003] 如：2019年在参考文献《一种基于波导‑微带转换的X波段功率分配/合成网络设计》中公布了一种基于波导‑微带的一分四功分结构。该结构采用波导结构实现一分四功率分配，并采用4个在矩形波导宽边插入微带线的波导转微带结构实现波导到微带的转换，该方案设计一分四功分采用了三个功分节结构，不仅结构尺寸较大，且每一路射频信号需要通过两个功分节，损耗也相应的增大。图1中，1、2、3代表波导功分节，4、5、6、7代表波导到微带转换结构。图2为该传统一分四波导‑微带功分网络的3D示意图。

[0004] 矩形波导‑微带转换结构示意图如图3所示。其中8是矩形波导，9、10代表PCB板，可以在其表面上设计微带线结构，a表示矩形波导8的宽边，b表示矩形波导8的窄边，其中a 的长度大于b的长度。若PCB板从垂直与波导宽边a的波导方向插入，即PCB板如图中9 与8的相对位置被称为从波导宽边插入的波导‑微带转换结构。若PCB板以垂直与波导窄边b 的波导方向插入，如图中10与8的相对位置称为从波导窄边插入的波导‑微带转换结构。传统的波导‑微带转换结构均采用从波导宽边插入的形式设计。

发明内容

[0005] 针对上述问题，本发明提出一种基于波导‑微带转换的功率分配/合成网络设计方法，主要是从波导窄边插入PCB的方式，实现波导‑微带转换结构的一分四、一分八的功分/合路网络。

[0006] 本发明的技术方案为：

[0007] 一种基于波导‑微带转换的功率分配/合成网络设计方法，包括：

[0008] 积较大的面定义为宽面，面积较小的面定义为窄面；

[0009] 将矩形波导信号输入/输出的一端定义为波导信号端，与波导信号端相对的一端定义为微带转换端；

[0010] 在靠近微带转换端的矩形波导上插入具有微带线的PCB板，从而实现功分/合路的功能；其中PCB板插入的方式为垂直插入窄面的方式，且PCB板距离微带转换端的末端有间距。

[0011] 进一步的，所述PCB板为多个，分别从矩形波导两侧的窄面相对插入，每个PCB板上2 条或者2条的整数倍的微带线。

[0012] 进一步的，所述PCB板上具有多个微带支路。

[0013] 进一步的，所述PCB板上具有2个微带支路。

[0014] 进一步的，所述PCB板上具有3个微带支路。

[0015] 进一步的，在矩形波导内部与PCB板上微带支路对应的连接处，具有匹配支节。

[0016] 进一步的，所述PCB板构成了波导窄壁，在波导窄壁上设置有开孔用于保证微带不被短路。

[0017] 进一步的，PCB板中每个微带支路两侧均设置有金属化过孔。

[0018] 本发明的有益效果是：本发明在传统的波导转微带结构上进行改进，在波导‑微带转换结构的基础上，通过合理的在矩形波导窄边成对设计微带线，在不额外增加波导功分节的前提下可以实现一分二、一分四或者一分八功分或者合路的功能，该发明的功分器由于只有一个波导转微带结构，相比于传统的波导功分加波导转微带实现波导‑微带功分的结构大大缩小了空间，且其损耗比传统的多功分节波导功分器损耗更小。特别适合适用于高频段、大功率、高效率的射频系统。

附图说明

[0019] 图1为传统一分四波导‑微带功分/合成网络平面图。

[0020] 图2为传统一分四波导‑微带功分/合成网络3D图。

[0021] 图3为矩形波导‑微带转换结构示意图。

[0022] 图4为一分四功分、合路结构示意图。

[0023] 图5为本发明实施例1的结构示意图。

[0024] 图6为本发明实施例2的结构示意图。

[0025] 图7为本发明实施例3的结构示意图。

[0026] 图8为本发明实施例4的结构示意图。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

[0028] 本发明基于波导‑微带转换结构，通过在波导的窄边合理的成对设计微带线，实现了基于微带到波导的转换结构的功分器。传统的一分二波导‑微带功分器结构需要一个波导‑微带转换结构加一个功分节结构；传统的一分四波导‑微带功分器需要一个波导‑微带转换结构加三个功分节结构；传统的一分八波导‑微带功分器需要一个波导‑微带转换结构加七个功分节结构；本发明提出的波导‑微带转换功分结构可以用一个波导‑微带转换结构实现一分二、一分四或者一分八功分的功能。本发明相对于传统的波导‑微带功分器，大大减小了传统波导功分节的尺寸，且由于射频信号经过更短的传输路径及功分转换节，射频损耗更小。

[0029] 本发明提出一种新的波导转差分传输线功分/合路网络馈电结构，通过合理的设计在矩形波导的窄边插入PCB板，实现一个波导口给4个或者8个微带线进行馈电，在实现波导转微带结构的同时实现了一分四或者一分八功分/合路的功能。如图4所示，为一分四功分、合路示意图。8代表矩形波导，18代表PCB板，PCB板18从矩形波导窄边插入。11为矩形波导的馈电端口即和口，12、13、14、15为波导‑微带转换后的分口，若信号通过11口馈经过波导‑微带转换结构，将11口馈入的功率分配到12、13、14、15各支路中，实现信号一分四功分的功能，该结构就叫功分器。若该结构在系统中运用时信号从12、13、14、15支路中馈入，最终从11口输出，该结构又可称为合路器，后文均称该结构为功分器，并不限制该结构用于信号合路的功能。为了实现波导到微带的匹配，可选的，需要合理设计16波导短路壁距离，且需要设计19的匹配支节。在波导转微带的过程中，为了保证微带线不被短路，需要在波导窄壁上开孔，如17为腔体孔，保证微带不被短路，且保证信号传输。

[0030] 实施例1

[0031] 本例为一分二功分。8代表矩形波导，18代表PCB板，PCB板18从矩形波导窄边插入。 11为矩形波导的馈电端口即和口，12、13为波导‑微带转换后的分口，信号通过11口馈经过波导‑微带转换结构，将11口馈入的功率分配到12、13支路中，实现信号一分二功分的功能。
若要实现等功分，需要两条微带线相对于窄边中垂线镜像对称。为了实现波导到微带的匹配，可选的，需要合理设计16波导短路壁距离，且需要设计19的匹配支节。在波导转微带的过程中，为了保证微带线不被短路，需要在波导窄壁上开孔，如17为腔体孔，保证微带不被短路，且保证信号传输。

[0032] 实施例2

[0033] 本例为一分四功分。8代表矩形波导，18代表PCB板，PCB板18从矩形波导窄边插入。 11为矩形波导的馈电端口即和口，12、13、14、15为波导‑微带转换后的分口，信号通过11 口馈经过波导‑微带转换结构，将11口馈入的功率分配到12、13、14、15各支路中，实现信号一分四功分的功能。为了实现波导到微带的匹配，可选的，需要合理设计16波导短路壁距离，且需要设计19的匹配支节。在波导转微带的过程中，为了保证微带线不被短路，需要在波导窄壁上开孔，如17为腔体孔，保证微带不被短路，且保证信号传输。

[0034] 实施例3

[0035] 本例为一分八功分。8代表矩形波导，18代表PCB板，PCB板18从矩形波导窄边插入。 11为矩形波导的馈电端口即和口，12、13、14、15、20、21、22、23为波导‑微带转换后的分口，信号通过11口馈经过波导‑微带转换结构，将11口馈入的功率分配到12、13、14、15、 20、21、
22、23各支路中，实现信号一分八功分的功能。为了实现波导到微带的匹配，可选的，需要合理设计16波导短路壁距离，且需要设计19的匹配支节。在波导转微带的过程中，为了保证微带线不被短路，需要在波导窄壁上开孔，如17为腔体孔，保证微带不被短路，且保证信号传输。

[0036] 实施例4

[0037] 在某些对端口隔离度要求较高的情况下，需要对两个微带线之间打金属化过孔进行隔离，本例基于实施例1，当然也可以推广到实例2和实例3。图中24为金属化过孔，主要打在微带线两端，其作用是增加微带线间的隔离度，即可以提供分口12、13两个端口的隔离度。