基于带状线的高功率合成器及其功率合成方法与流程

本发明涉及微波功率源技术，特别是一种基于带状线的高功率合成器及其功率合成方法。

背景技术：

1、在微波功率源领域，为了实现更高的输出功率，通常需要将多个微波功率器件的输出进行功率合成；功率合成器是实现这一目标的关键微波网络单元，其设计主要面临两大挑战：一是要实现对大功率的高效合成，二是要确保各个微波功率器件之间的相互隔离，即要求合成器具有一定的隔离度。

2、传统的功率合成器，如威金森式、耦合环电桥式、分支电桥式以及3db定向耦合器等，虽然在一定程度上能够实现功率的合成和端口的隔离，但都存在一些固有的限制；例如，威金森式合成器由于隔离电阻跨接在两输出臂上，对地悬浮，其承受功率的能力受到限制，不适合大功率合成；而分支电桥式和3db定向耦合器需要增加隔离端和隔离电阻来实现较好的隔离效果，这不仅增加了工艺的复杂性，还提高了加工成本。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种基于带状线的高功率合成器，特别是针对p波段的应用；此合成器通过采用多级阻抗变换和特定波长的带状线设计，利用cst软件对合成器的结构进行优化，成功实现了在各输入通道间的高隔离度，同时无需使用隔离负载及水冷板，从而简化了加工工艺并降低了器件成本。

2、本发明为解决技术问题所采用的技术方案是：一种基于带状线的高功率合成器，所述的高功率合成器包括：8路同轴输入端口、1路同轴输出端口、合成器腔体、聚四氟乙烯支撑柱和基于带状线的3级t型合成网络，每级t型网络采用2级阻抗变换，且每级阻抗使用特定波长的带状线，以实现各输入通道间的高隔离度而无需隔离负载；所述带状线合成网络由金属材料制成，优选为黄铜h62材质，合成器腔体可采用铝合金6061材料。

3、所述8路同轴输入端口的射频信号要求等幅同相，且同轴输入口和输出口的特征阻抗均为50ω。

4、一种基于带状线的高功率合成器的功率合成方法，所述功率合成方法整个合成过程中无需使用隔离负载，具体包括以下步骤：通过8路同轴输入端口接收等幅同相的射频信号；利用基于带状线的3级t型合成网络，通过每级t型网络采用的2级阻抗变换和特定波长的带状线，实现各输入通道间的高隔离度合成；最后通过1路同轴输出端口输出合成后的信号。

5、每级t型网络的阻抗变换包括使用阻抗值为35.35ω的带状线，其电长度为90度，两个分支线特征阻抗为50ω，其电长度为90度。

6、所述高功率合成器内部带状线主要包括第1级的4个t型网络、第2级的2个t型网络，以及第3级的1个t型网络。

7、所述高功率合成器腔体采用双层空气板线结构，上下两层空气板线的连接通过垂直过渡实现，且垂直过渡采用圆柱形聚四氟乙烯支撑。

8、当同轴输入端口接收等幅同相的射频信号时，对于频率为324mhz的输入信号，通过优化后的聚四氟乙烯支撑柱半径为5mm，特定带状线长度为258.5mm。

9、带状线厚度和腔高的选择决定了合成器的耐功率能力，带状线厚度为2mm时，可承受的平均功率为20kw，且最高温升为78℃；腔高为42mm时，可耐受的峰值功率大于200kw。

10、本发明采用8*n(其中n为大于1的整数)路同轴输入端口该结构进行功率合成时，各输入端口隔离度可以达到18+(n-1)*6db。

11、本发明首先提供了一种基于带状线的高功率合成器，其创新点之一在于采用了多级阻抗变换和特定波长的带状线设计，该合成器主要包括8路同轴输入端口、1路同轴输出端口、合成器腔体、聚四氟乙烯支撑柱以及基于带状线的3级t型合成网络；带状线合成网络由金属材料制成，优选为黄铜h62材质，以确保良好的导电性和耐功率性能；合成器腔体则可采用铝合金6061材料，以实现轻量化和良好的散热性能。

12、本发明的关键创新点还在于每级t型网络的设计；每级t型网络均采用2级阻抗变换，且每级阻抗使用特定波长的带状线；这种设计能够在无需隔离负载的情况下，实现各输入通道间的高隔离度；具体而言，第一级t型网络的两个输入臂阻抗分别为50ω，连接同轴输入端的内导体，而输出臂阻抗为35.35ω，其带状线其电长度为90度；第二级和第三级t型网络也采用类似的设计，以确保各级之间的良好匹配和高隔离度。

13、此外，本发明还针对合成器的耐功率能力进行了优化；通过合理选择带状线厚度和腔高，以及采用双层空气板线结构和垂直过渡设计，本发明提高了合成器的耐功率能力，使其能够承受更高的峰值功率和平均功率。

14、在另一方面，本发明还提供了一种基于带状线的高功率合成器的功率合成方法；该方法首先通过8路同轴输入端口接收等幅同相的射频信号，然后利用基于带状线的3级t型合成网络进行功率合成；在合成过程中，通过每级t型网络的阻抗变换和特定波长的带状线设计，实现了各输入通道间的高隔离度合成；最后，通过1路同轴输出端口输出合成后的信号；整个合成过程中无需使用隔离负载，从而简化了加工工艺并降低了成本。

15、本发明通过创新的设计和优化，解决了现有高功率合成器中存在的隔离度不足、功率容量受限以及加工工艺复杂等问题；本发明提供的基于带状线的高功率合成器及其功率合成方法具有高性能、低成本和易加工等优点，为微波功率源领域的发展提供了有力的技术支持。

16、本发明设计的8合1高功率合成器，主要包括8路同轴输入、1路同轴输出、合成器腔体、聚四氟乙烯支撑柱以及基于带状线的3级t型合成网络；通过精心设计的带状线合成网络，在每级t型网络中采用2级阻抗变换，以及特定长度的带状线，成功地在无需隔离负载的情况下实现了各输入通道间的高隔离度；这种设计不仅简化了加工工艺，还保证了合成器具有大功率容量和低合成损耗等特点。

17、此外，本发明还通过优化合成器的结构和材料选择，提高了合成器的耐功率能力；通过cst软件仿真和优化，确定了带状线的厚度、腔体高度等关键参数，从而确保了合成器在承受高峰值功率时的稳定性和可靠性。

18、本发明的有益效果是：本发明提供的基于带状线的高功率合成器及其功率合成方法相较于传统的功率合成技术，展现出多重显著的有益效果：

19、(一)通过采用创新的带状线设计和多级阻抗变换技术，本发明实现了输入通道间的高隔离度；这种设计无需额外的隔离负载，即可有效减少通道间的信号干扰，从而提高了合成器的工作稳定性和信号质量；

20、(二)本发明通过优化带状线厚度、腔体高度以及采用双层空气板线结构，显著提升了合成器的耐功率能力；这不仅使得合成器能够承受更高的峰值功率，还保证了在持续高功率输出时的稳定性和可靠性；

21、(三)传统的功率合成器往往需要复杂的隔离和匹配网络，而本发明的设计则大大简化了这些网络，降低了加工难度和成本；同时，带状线的使用也减少了对高精度加工和装配的需求，进一步提高了生产效率。

22、(四)本发明选用了黄铜h62作为带状线材料，确保了良好的导电性和耐功率性能；而铝合金6061材料的应用于合成器腔体，则在保证结构强度的同时，实现了产品的轻量化，有助于提升整体系统的便携性和灵活性。

23、(五)通过三级t型网络的有效设计，本发明能够高效地将多路射频信号合成为一路高功率输出，不仅提升了功率合成的效率，还保证了输出信号的稳定性和纯净度。

24、综上所述，本发明不仅适用于微波功率源领域，还可扩展应用于雷达、通信、广播电视发射机等多种需要高功率射频信号的场合，具有广阔的市场潜力和应用价值；通过独特的设计理念和创新的技术手段，显著提升了功率合成器的性能，简化了生产工艺，降低了成本，并为相关领域的技术进步提供了强有力的支持。