端口相位差180

端口相位差180
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的2路单脊转双脊波导功率分配合成结构
技术领域
1.本发明涉及功分器技术领域，具体而言，涉及一种端口相位差180
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的2路单脊转双脊波导功率分配合成结构。


背景技术：

2.脊波导传输线可看做由矩形波导把宽臂加长后，将部分宽臂于波导中间位置内凸弯折而成，其内部的电磁场传输模式与矩形波导类似，但由于宽臂尺寸加长，故相较于一般的矩形波导，脊波导传输线有更宽的单模传输带宽，极限情况可以达到2-3个倍频程。
3.而脊波导进一步通过结构特点细分类型，又可分为单脊波导和双脊波导，二者区别在于波导端口内导体脊的数量。
4.受基础制程工艺和材料的限制，目前单片mmic的输出功率相对有限，为了实现更高功率的模块或系统级输出，以及适应更宽的工作频率，功率合成技术被提出并迅速应用。相应的，基于脊波导传输线的功率合成方案也逐步被开发设计出来；但与此同时，随着合成路数的增多，双脊波导因其本身结构复杂，加工和装配的复杂程度越来越大，并不利于高路数合成和小型化堆叠，相比之下，单脊波导则更便于多路合成，但由于单脊波导目前尚未完全统一相应的法兰接口标准，其模块的通用性受到一定的限制，此外，传统单脊合成方案还具有二次谐波指标差的弊病。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供端口相位差180
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的2路单脊转双脊波导功率分配合成结构，通过单脊波导到双脊波导的转换，实现原始信号180
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移相，以解决传统单脊合成方案二次谐波指标差，普通双脊波导合成方案模块内部复杂，设计/加工/装配/调试难度大，不利于高路数合成和小型化堆叠的问题。
6.本发明的实施例通过以下技术方案实现：端口相位差180
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的2路单脊转双脊波导功率分配合成结构，包括上腔体以及下腔体，上、下腔体之间的空气腔呈对称分布；
7.所述上腔体一侧设置有双脊波导端口，所述下腔体一侧设置有单脊波导端口，所述空气腔内于靠近单脊波导端口的一侧设置有多节渐变过渡的导体脊，所述双脊波导端口通过设置的导体脊过渡台阶垂直连接内置于空气腔中的导体脊t型结，导体脊t型结两路垂直分支传输线通过与两侧单脊波导端口相连的导体脊横向纵向过渡台阶，延伸至两侧脊波导端口的功分端，构成实现原始信号180
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移相的功分器电路。
8.根据一种优选实施方式，所述多节渐变过渡的导体脊由导体脊横向纵向过渡台阶、导体脊过渡段以及模式转换凸台构成，其中，所述模式转换凸台由波导脊中间位置外凸折弯而成。
9.根据一种优选实施方式，所述导体脊横向纵向过渡台阶由第一过渡台阶、第二过渡台阶以及第三过渡台阶构成，其中，所述第三过渡台阶的下表面与双脊波导端口的上表面重合。
10.根据一种优选实施方式，所述空气腔内于靠近双脊波导端口的一侧设置有与单脊波导端口对应的空气腔过渡台阶。
11.根据一种优选实施方式，所述模式转换凸台为4阶渐变过渡凸台。
12.根据一种优选实施方式，所述模式转换凸台各台阶之间采用包括但不限于斜面、单次斜切或者多级渐变台阶其中之一进行过渡。
13.本发明实施例端口相位差180
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的2路单脊转双脊波导功率分配合成结构的技术方案至少具有如下优点和有益效果：通过本发明所提供的结构，一端端口可互联单脊波导功率放大器模块，降低整机功率合成的集成难度，另一端端口可兼容标准双脊波导口，通过空气腔内双侧单脊波导导体脊的多节渐变过渡，于t型结位置完成单脊波导到双脊波导的转换，不但可以实现原始信号180
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移相，对带内二次谐波具有良好的抑制效果，还可以支撑二进制多路集成。
附图说明
14.图1为本发明实施例1提供的端口相位差180
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的2路单脊转双脊波导功率分配合成结构的爆炸视图；
15.图2为上腔体的俯视图；
16.图3为上腔体的仰视图；
17.图4为下腔体的俯视图；
18.图5为下腔体的仰视图；
19.图6为本发明实施例1提供的端口相位差180
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的2路单脊转双脊波导功率分配合成结构的横截面示意图；
20.图7为实施案例功率合成方案图；
21.图8为实施案例相位变化图；
22.图标：1-功率放大组件核心模块，2-单脊波导功率分配合成组件，3-具有180
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端口相位差的2路单脊转双脊波导功率分配合成结构，4-双脊波导双定向四端口耦合器，5-散热风机，6-散热冷板，7-双脊波导转同轴组件，8-双脊波导端口，9-空气腔过渡台阶，10-导体脊过渡台阶，11-导体脊横向纵向过渡台阶，12-导体脊过渡段，13-模式转换凸台，14-单脊波导端口。
具体实施方式
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
24.实施例1
25.本发明实施例提供了一种端口相位差180
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的2路单脊转双脊波导功率分配合成结构，参见图1所示，图1为本发明实施例1提供的端口相位差180
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的2路单脊转双脊波导功率分配合成结构的爆炸视图。该功率分配合成结构具体包括上腔体以及下腔体，上、下腔体之间的空气腔呈对称分布，上、下腔体通过布设在上、下腔体上的固定安装孔进行连接。
26.其中，所述上腔体一侧设置有双脊波导端口8，在本实施例的一种实施方式中，双脊波导端口8可兼容wrd500标准双脊波导接口，所述下腔体一侧设置有单脊波导端口14，所述空气腔内于靠近单脊波导端口14的一侧设置有多节渐变过渡的导体脊，所述双脊波导端口8通过设置的导体脊过渡台阶10垂直连接内置于空气腔中的导体脊t型结，导体脊t型结两路垂直分支传输线通过与两侧单脊波导端口14相连的导体脊横向纵向过渡台阶11，延伸至两侧脊波导端口的功分端，构成实现原始信号180
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移相的功分器电路；本实施例通过双侧单脊波导导体脊的多节渐变过渡，于空气腔内的t型结位置完成单脊波导到双脊波导的转换，基于电磁场电磁波在t型结处的模式变化，结构两侧的波导端口具有180
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的端口相位差，以此实现原始信号180
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移相。需要说明的是，90
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移相对二次谐波的抑制度在3db左右，180
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移相理论上可完全抑制二次谐波，基于此，本实施例设计端口相位差180
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，在工作频段覆盖范围内，对二次谐波有良好的抑制效果；因此在一个以功率合成模块为组件的功放系统中，引入该结构可实现对二次谐波的抑制。以下将结合实施案例做展开描述。
27.参考图7所示，图7展示了具备180
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端口相位差的单脊转双脊功率分配/合成结构在一个功率合成系统中的具体应用。具体地，该功率合成系统包括功率放大组件核心模块1、单脊波导功率分配合成组件2、具有180
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端口相位差的2路单脊转双脊波导功率分配合成结构3、双脊波导双定向四端口耦合器4、散热风机5、散热冷板6以及双脊波导转同轴组件7；其中，该功率放大组件核心模块1采用的是单脊波导多路合成放大器单元，所述单脊波导功率分配合成组件2用于配合放大器模块，实现更多路数的芯片功率合成，此处选用的为2路，但并不局限于2路；本实施例所提供的具有180
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端口相位差的2路单脊转双脊波导功率分配合成结构3用在功放系统的输入侧，作为功率分配器，用在输出侧，则是作为合成器；双脊波导双定向四端口耦合器4用于正向检波和反向检波；双脊波导转同轴组件7作为信号输入侧，同轴端接驱动组件的输出信号。图8展示了射频信号在该应用中各支路的相位变化情况；参见图8所示，信号a0从输入端，流经功分侧的组件3，原始信号分为两路具有180
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相位差的分支信号，经功率放大器组件对支路信号进行放大后，再经过合成侧的具有180
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端口相位差的2路单脊转双脊波导功率分配合成结构3，将支路信号合成从而得到a0，在支路信号反向叠加合成的过程中，抵消因功率放大器工作在非线性区域而产生的二次谐波，从而增强基波信号的能量，减少系统合成损耗，增强系统稳定性。相较于传统的双脊波导方案，该应用采用了基于单脊波导的功率放大器核心模块，仅需底部散热，而双脊波导的功率放大器模块通常需要双面散热。在系统合成时，双脊波导结构复杂，加工/堆叠难度大，成本高昂，后期维护工作量大；普通的双脊波导合成方案不具备本实施例中提到的二次谐波抑制效果，需要额外引入滤波组件或对内部结构做特殊设计，不利于工程化应用。
28.参见图2至图6所示，所述多节渐变过渡的导体脊由导体脊横向纵向过渡台阶11、导体脊过渡段12以及模式转换凸台13构成，其中，所述模式转换凸台13由波导脊中间位置外凸折弯而成。所述导体脊横向纵向过渡台阶11位于双脊波导端口8与空气腔的连通处，由第一过渡台阶、第二过渡台阶以及第三过渡台阶构成，其中，所述第三过渡台阶的下表面与双脊波导端口8的上表面重合。所述空气腔内于靠近双脊波导端口8的一侧设置有与单脊波导端口14对应的空气腔过渡台阶9。所述上腔体对应所述模式转换凸台13设置有导体脊过渡台阶10，所述导体脊过渡台阶10的台阶数量与模式转换凸台13的凸台数量相同。具体到本实施例的一种实施方式中，所述模式转换凸台13为4阶渐变过渡凸台，需要说明的是，过
渡段数量可根据不同频率范围要求进行适应性调整，在此不对过渡段数量做具体限制。进一步地，本实施例的导体脊各过渡段之间采用斜面过渡方式进行过渡，导体脊t型结处采用斜面过渡方式进行过渡；此外，还可对各过渡段之间、导体脊t型结处的过渡方式进行调整、修改、变形，如采用包括但不限于多次斜切或多级渐变台阶，在此并不作具体限制。
29.在本实施例的一种实施方式中，该端口相位差180
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的2路单脊转双脊波导功率分配合成结构的外形尺寸为105
×
56
×
22mm，重量≤150g，可直接与wrd500标准法兰互联。此外，该结构6-20ghz的频率范围内，回波损耗s11小于-21db，背靠背插入损耗s21最大仅为0.13db，性能参数优秀，体积小，重量轻，结构简单，便于加工、装配、二进制多路集成。通过样机实测，采用了端口相差180
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的2路单脊转双脊功率分配合成结构的整机，带内二次谐波可抑制到基波信号的-25db～-58db。
30.综上所述，本发明实施例端口相位差180
°
的2路单脊转双脊波导功率分配合成结构的技术方案至少具有如下优点和有益效果：通过本发明所提供的结构，一端端口可互联单脊波导功率放大器模块，降低整机功率合成的集成难度，另一端端口可兼容标准双脊波导口，通过空气腔内双侧单脊波导导体脊的多节渐变过渡，于t型结位置完成单脊波导到双脊波导的转换，不但可以实现原始信号180
°
移相，对带内二次谐波具有良好的抑制效果，还可以支撑二进制多路集成。
31.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.端口相位差180
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的2路单脊转双脊波导功率分配合成结构，其特征在于，包括上腔体以及下腔体，上、下腔体之间的空气腔呈对称分布；所述上腔体一侧设置有双脊波导端口(8)，所述下腔体一侧设置有单脊波导端口(14)，所述空气腔内于靠近单脊波导端口(14)的一侧设置有多节渐变过渡的导体脊，所述双脊波导端口(8)通过设置的导体脊过渡台阶(10)垂直连接内置于空气腔中的导体脊t型结，导体脊t型结两路垂直分支传输线通过与两侧单脊波导端口(14)相连的导体脊横向纵向过渡台阶(11)，延伸至两侧脊波导端口的功分端，构成实现原始信号180
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移相的功分器电路。2.如权利要求1所述的端口相位差180
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的2路单脊转双脊波导功率分配合成结构，其特征在于，所述多节渐变过渡的导体脊由导体脊横向纵向过渡台阶(11)、导体脊过渡段(12)以及模式转换凸台(13)构成，其中，所述模式转换凸台(13)由波导脊中间位置外凸折弯而成。3.如权利要求1所述的端口相位差180
°
的2路单脊转双脊波导功率分配合成结构，其特征在于，所述导体脊横向纵向过渡台阶(11)由第一过渡台阶、第二过渡台阶以及第三过渡台阶构成，其中，所述第三过渡台阶的下表面与双脊波导端口(8)的上表面重合。4.如权利要求1所述的端口相位差180
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的2路单脊转双脊波导功率分配合成结构，其特征在于，所述空气腔内于靠近双脊波导端口(8)的一侧设置有与单脊波导端口(14)对应的空气腔过渡台阶(9)。5.如权利要求2所述的端口相位差180
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的2路单脊转双脊波导功率分配合成结构，其特征在于，所述模式转换凸台(13)为4阶渐变过渡凸台。6.如权利要求5所述的端口相位差180
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的2路单脊转双脊波导功率分配合成结构，其特征在于，所述模式转换凸台(13)各台阶之间采用包括但不限于斜面、单次斜切或者多级渐变台阶其中之一进行过渡。

技术总结
本发明涉及功分器技术领域，具体涉及一种端口相位差180


技术研发人员：吕涛 田正刚 黄勇强
受保护的技术使用者：西南科技大学
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/8/24