本發(fā)明屬于高功率模式功率分配領(lǐng)域，具體涉及一種緊湊型高功率的多層同軸波導(dǎo)功分器。

背景技術(shù)：

1、隨著脈沖功率、等離子體物理和真空電子學(xué)等技術(shù)的發(fā)展，高功率微波系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、無(wú)線電廣播中的應(yīng)用越發(fā)常見(jiàn)，并且高功率微波系統(tǒng)在定向能武器、電子對(duì)抗等軍事領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用,為了提高其殺傷力，一直在朝著更高功率的方向進(jìn)行研究，因此，提高微波系統(tǒng)功率容量一直是微波發(fā)展的關(guān)鍵目標(biāo)。高功率微波系統(tǒng)中存在大量的功率分配的需求。例如在天線饋電或者相控陣系統(tǒng)內(nèi)通常需要將輸入信號(hào)分配至各個(gè)子陣單元，此時(shí)需要使用數(shù)個(gè)功分器組合成饋電網(wǎng)絡(luò)，在常規(guī)陣列天線中所需功分端口時(shí)常達(dá)到百量級(jí)以上，因此提升功分器的功分路數(shù)一直是發(fā)展方向之一。另外，天線陣列在某些應(yīng)用場(chǎng)合下需要不同的子陣饋入信號(hào)，比如利用振幅加權(quán)法降低陣列天線的旁瓣電平，這意味著功分器輸出信號(hào)彼此不等幅饋入天線陣列。以上兩種是按照能量分配區(qū)分的兩種功分器：等分功分器與不等功分器。在高功率微波系統(tǒng)中，功分器的使用十分廣泛并且不可缺少。

2、功分器，是一種能夠?qū)⒁宦肺⒉ㄐ盘?hào)分為多路信號(hào)的微波器件，在對(duì)于需要功率分配的系統(tǒng)中能夠發(fā)揮重要的作用，功分器在高功率微波系統(tǒng)中有著十分重要的地位?，F(xiàn)階段常見(jiàn)的功分器是微帶傳輸線型功分器與帶狀線功分器，例如常見(jiàn)的微帶線型傳輸器wilkinson功分器，如圖8所示，通常為一分二的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，wilkinson功分器是一種常見(jiàn)的功率分配器，其插入損耗為-6.5db左右，輸出端口可實(shí)現(xiàn)-15db隔離度；其具有良好的幅度相位特性和簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)，在實(shí)際工程中有著廣泛的應(yīng)用。但是微帶線型功分器普遍厚度較薄，在輸入功率提高時(shí)十分容易發(fā)生擊穿現(xiàn)象，同時(shí)組成微帶線的基板介質(zhì)耐擊穿性不如真空，進(jìn)一步降低其功率容量，因此微帶線很難用于高功率系統(tǒng)內(nèi)。

3、與微帶線型功分不同的是，金屬波導(dǎo)功分散熱性能較好，并且波導(dǎo)內(nèi)部為真空結(jié)構(gòu)，能夠耐受較高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，也更適用于傳輸高功率微波，因此在高功率微波系統(tǒng)工作環(huán)境中金屬波導(dǎo)型功分器更加常見(jiàn)。比較常用的波導(dǎo)型功率分配器是t型功率分配器，t型功率分配器反射系數(shù)能夠小于-25db，傳輸效果優(yōu)秀，并且同時(shí)還有不錯(cuò)的端口隔離度，但是如圖7所示，該種功分器只能實(shí)現(xiàn)二路功分，當(dāng)應(yīng)用于多路場(chǎng)景時(shí)只能采用級(jí)聯(lián)方式，如圖8，實(shí)現(xiàn)四路功分需要三個(gè)t波導(dǎo)功分器分二級(jí)排列第一級(jí)一個(gè)t波導(dǎo)，第二級(jí)為兩個(gè)t波導(dǎo)，經(jīng)過(guò)計(jì)算實(shí)現(xiàn)n路功分需要n-1個(gè)t波導(dǎo)。在應(yīng)用于需要n比較大的場(chǎng)景內(nèi)，必須增加t波導(dǎo)數(shù)目以及級(jí)聯(lián)層數(shù)，在級(jí)聯(lián)過(guò)程中隨著t波導(dǎo)數(shù)目增加，系統(tǒng)損耗也會(huì)隨之增加，并且伴隨著級(jí)聯(lián)級(jí)數(shù)上升，次級(jí)t波導(dǎo)產(chǎn)生反射模式還有可能在前級(jí)內(nèi)產(chǎn)生諧振破壞整體傳輸效果，此外系統(tǒng)體積也會(huì)成倍增加。由此可見(jiàn)t型波導(dǎo)功分在少數(shù)量功分時(shí)效果較好，但是不適用于多數(shù)量功分。

4、在高功率微波系統(tǒng)需要工作于多數(shù)量功分時(shí)，使用同軸徑向功分器效果會(huì)優(yōu)于多個(gè)t波導(dǎo)級(jí)聯(lián)。同軸波導(dǎo)徑向線功分結(jié)構(gòu)將輸入信號(hào)同時(shí)分解為數(shù)個(gè)徑向傳播模式，相比級(jí)聯(lián)系統(tǒng)可以有效地減小損耗。此外，同軸波導(dǎo)其主要傳輸模式為tem模，具有圓柱對(duì)稱性，也有利于實(shí)現(xiàn)各端口輸出模式相位幅值一致，并且同軸波導(dǎo)同為金屬波導(dǎo)，相比微帶線也具有散熱性能更好的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，我國(guó)對(duì)于基于同軸波導(dǎo)的徑向線功分結(jié)構(gòu)的研究已取得巨大進(jìn)展，現(xiàn)有的多路徑向線功分器在2.55-3.15ghz頻率范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)插入損耗小于0.3db，輸出不平衡度小于0.5db，并且還具有損耗小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、散熱較好等等優(yōu)點(diǎn)。同軸波導(dǎo)徑向線功分系統(tǒng)體積與輸出端口尺寸、功分?jǐn)?shù)目有關(guān)，盡管同軸徑向線波導(dǎo)相比t型更加適用于高功分路數(shù)系統(tǒng)，在功分路數(shù)需求特別大時(shí)，比如應(yīng)用在大路數(shù)陣列天線時(shí)，采用同軸徑向線功分結(jié)構(gòu)也會(huì)為系統(tǒng)帶來(lái)一些問(wèn)題，百量級(jí)的功分路數(shù)會(huì)帶來(lái)龐大的功分器徑向半徑與系統(tǒng)體積。倘若采用徑向線功分后級(jí)聯(lián)t功分器的方法，雖能夠一定程度降低徑向線功分器的體積，但是級(jí)聯(lián)過(guò)程中又會(huì)為系統(tǒng)引入級(jí)聯(lián)損耗，并且破壞輸出模式的一致性，使同軸功分能夠輸出端口等幅同相輸出的特點(diǎn)消失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于同軸波導(dǎo)徑向功分器的雙層徑向功分結(jié)構(gòu)。本發(fā)明能夠突破徑向功分?jǐn)?shù)目的制約，能夠在有限徑向半徑內(nèi)引入更多功分路數(shù)，同時(shí)相較于單層徑向功分系統(tǒng)在相同功分?jǐn)?shù)目的前提下更加緊湊的結(jié)構(gòu)，并且具有損耗低、功率容量高的優(yōu)點(diǎn)。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種緊湊型高功率雙層同軸波導(dǎo)徑向功分器，包括：上層同軸徑向功分結(jié)構(gòu)、下層同軸徑向功分結(jié)構(gòu)、變內(nèi)徑同軸線結(jié)構(gòu)；

4、所述上層同軸徑向功分結(jié)構(gòu)，包括上層同軸線部分和上層徑向線部分；其中，所述上層同軸線部分包括上層同軸輸入端口；所述上層徑向線部分包括n個(gè)上層輸出端口；

5、所述下層同軸徑向功分結(jié)構(gòu)，包括下層同軸線部分和下層徑向線部分；其中，所述下層同軸線部分包括下層同軸輸入端口；所述下層徑向線部分包括n個(gè)下層輸出端口；

6、所述變內(nèi)徑同軸線結(jié)構(gòu)，用于將上層同軸輸入端口輸入信號(hào)的部分功率引入下層同軸線部分，剩余功率則進(jìn)入上層徑向線部分；進(jìn)入上層徑向線部分的信號(hào)等分為n路輸出，進(jìn)入下層同軸線部分的信號(hào)通過(guò)下層徑向線部分等分為n路輸出。

7、進(jìn)一步地，所述變內(nèi)徑同軸線結(jié)構(gòu)，為外徑不變、內(nèi)徑逐漸減小的同軸結(jié)構(gòu)，且變內(nèi)徑同軸線結(jié)構(gòu)的外側(cè)面與上層同軸線部分的內(nèi)側(cè)下部區(qū)域連通，下端面連接下層同軸輸入端口。

8、進(jìn)一步地，所述變內(nèi)徑同軸線結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)面的斜率為1.45～1.6；斜率過(guò)小整個(gè)雙層同軸波導(dǎo)徑向功分器的傳輸系數(shù)會(huì)變差，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生較大反射；斜率過(guò)大會(huì)使變內(nèi)徑同軸線結(jié)構(gòu)難以將上層同軸端口輸入功率引入下層同軸線部分。

9、進(jìn)一步地，所述上層同軸輸入端口的內(nèi)外徑之差為ra，所述下層同軸輸入端口的內(nèi)外徑之差為rb，當(dāng)上層同軸輸入端口輸入信號(hào)將一半功率引入下層同軸線部分傳輸時(shí)，則rb＞ra；其原因在于上層同軸輸入端口輸入信號(hào)將一半功率引入下層同軸線部分傳輸時(shí)，并不能全部匯入下層徑向線部分，而未匯入下層徑向線部分的信號(hào)會(huì)對(duì)變內(nèi)徑同軸線結(jié)構(gòu)的分配產(chǎn)生干擾進(jìn)而增加匯入上層徑向線部分的功率，因此擴(kuò)大下層同軸輸入端口的內(nèi)外徑之差使下層同軸線部分更易傳輸信號(hào)至下層徑向線部分。

10、進(jìn)一步地，當(dāng)上層同軸輸入端口輸入信號(hào)將一半功率引入下層同軸線部分傳輸時(shí)，變內(nèi)徑同軸線結(jié)構(gòu)接入上層同軸線部分的高度l2大于上層同軸輸入端口的內(nèi)外徑之差ra，并且l2＜1.5*ra。

11、進(jìn)一步地，通過(guò)控制變內(nèi)徑同軸線結(jié)構(gòu)接入上層同軸線部分的高度l2、變內(nèi)徑同軸線結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)面的斜率、下層同軸輸入端口的內(nèi)外徑之差為rb，能夠改變引入下層同軸線部分的功率占比。

12、本發(fā)明的有益效果如下：

13、1.現(xiàn)有的單層徑向線功分由于徑向半徑與功分路數(shù)間的正比例關(guān)系，為保持較小的體積，會(huì)存在一個(gè)極限徑向半徑，因此制約了單層徑向功分器功分路數(shù)。本發(fā)明功分器采用的雙層結(jié)構(gòu)相較于單層結(jié)構(gòu)在同等輸出端口數(shù)量的前提下，能夠擁有更加小的徑向半徑，進(jìn)而帶來(lái)更加緊湊化的設(shè)計(jì)與更小的體積。

14、2.本發(fā)明在未損失較大功率容量的前提下，能實(shí)現(xiàn)更多功分端口輸出，傳輸效率能夠達(dá)到99.9％；并且本發(fā)明還具有對(duì)于較好的輸出模式相位穩(wěn)定性。

15、3.通常情況下，同軸功分器輸出端口相位幅值一致性是其相對(duì)于t型、y型或其他功分器的優(yōu)點(diǎn)之一，更能保證天線饋源的統(tǒng)一性，但是在某些應(yīng)用場(chǎng)景上，例如不等幅饋入系統(tǒng)的輸出端口信號(hào)需要級(jí)聯(lián)調(diào)幅裝置以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，這無(wú)疑為工程添加復(fù)雜度。而本發(fā)明功分器的同軸部分功率分配效果較好，通過(guò)控制變內(nèi)徑同軸線結(jié)構(gòu)接入上層同軸線部分的高度l2、變內(nèi)徑同軸線結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)面的斜率、下層同軸輸入端口的內(nèi)外徑之差為rb，能夠?qū)崿F(xiàn)上下層功率比例的自由調(diào)節(jié)，為同軸功分器應(yīng)用于不等幅饋入系統(tǒng)提供便利。