本發(fā)明涉及微波功率源技術(shù)，特別是一種基于帶狀線的高功率合成器及其功率合成方法。

背景技術(shù)：

1、在微波功率源領(lǐng)域，為了實現(xiàn)更高的輸出功率，通常需要將多個微波功率器件的輸出進(jìn)行功率合成；功率合成器是實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵微波網(wǎng)絡(luò)單元，其設(shè)計主要面臨兩大挑戰(zhàn)：一是要實現(xiàn)對大功率的高效合成，二是要確保各個微波功率器件之間的相互隔離，即要求合成器具有一定的隔離度。

2、傳統(tǒng)的功率合成器，如威金森式、耦合環(huán)電橋式、分支電橋式以及3db定向耦合器等，雖然在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)功率的合成和端口的隔離，但都存在一些固有的限制；例如，威金森式合成器由于隔離電阻跨接在兩輸出臂上，對地懸浮，其承受功率的能力受到限制，不適合大功率合成；而分支電橋式和3db定向耦合器需要增加隔離端和隔離電阻來實現(xiàn)較好的隔離效果，這不僅增加了工藝的復(fù)雜性，還提高了加工成本。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于帶狀線的高功率合成器，特別是針對p波段的應(yīng)用；此合成器通過采用多級阻抗變換和特定波長的帶狀線設(shè)計，利用cst軟件對合成器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，成功實現(xiàn)了在各輸入通道間的高隔離度，同時無需使用隔離負(fù)載及水冷板，從而簡化了加工工藝并降低了器件成本。

2、本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于帶狀線的高功率合成器，所述的高功率合成器包括：8路同軸輸入端口、1路同軸輸出端口、合成器腔體、聚四氟乙烯支撐柱和基于帶狀線的3級t型合成網(wǎng)絡(luò)，每級t型網(wǎng)絡(luò)采用2級阻抗變換，且每級阻抗使用特定波長的帶狀線，以實現(xiàn)各輸入通道間的高隔離度而無需隔離負(fù)載；所述帶狀線合成網(wǎng)絡(luò)由金屬材料制成，優(yōu)選為黃銅h62材質(zhì)，合成器腔體可采用鋁合金6061材料。

3、所述8路同軸輸入端口的射頻信號要求等幅同相，且同軸輸入口和輸出口的特征阻抗均為50ω。

4、一種基于帶狀線的高功率合成器的功率合成方法，所述功率合成方法整個合成過程中無需使用隔離負(fù)載，具體包括以下步驟：通過8路同軸輸入端口接收等幅同相的射頻信號；利用基于帶狀線的3級t型合成網(wǎng)絡(luò)，通過每級t型網(wǎng)絡(luò)采用的2級阻抗變換和特定波長的帶狀線，實現(xiàn)各輸入通道間的高隔離度合成；最后通過1路同軸輸出端口輸出合成后的信號。

5、每級t型網(wǎng)絡(luò)的阻抗變換包括使用阻抗值為35.35ω的帶狀線，其電長度為90度，兩個分支線特征阻抗為50ω，其電長度為90度。

6、所述高功率合成器內(nèi)部帶狀線主要包括第1級的4個t型網(wǎng)絡(luò)、第2級的2個t型網(wǎng)絡(luò)，以及第3級的1個t型網(wǎng)絡(luò)。

7、所述高功率合成器腔體采用雙層空氣板線結(jié)構(gòu)，上下兩層空氣板線的連接通過垂直過渡實現(xiàn)，且垂直過渡采用圓柱形聚四氟乙烯支撐。

8、當(dāng)同軸輸入端口接收等幅同相的射頻信號時，對于頻率為324mhz的輸入信號，通過優(yōu)化后的聚四氟乙烯支撐柱半徑為5mm，特定帶狀線長度為258.5mm。

9、帶狀線厚度和腔高的選擇決定了合成器的耐功率能力，帶狀線厚度為2mm時，可承受的平均功率為20kw，且最高溫升為78℃；腔高為42mm時，可耐受的峰值功率大于200kw。

10、本發(fā)明采用8*n(其中n為大于1的整數(shù))路同軸輸入端口該結(jié)構(gòu)進(jìn)行功率合成時，各輸入端口隔離度可以達(dá)到18+(n-1)*6db。

11、本發(fā)明首先提供了一種基于帶狀線的高功率合成器，其創(chuàng)新點(diǎn)之一在于采用了多級阻抗變換和特定波長的帶狀線設(shè)計，該合成器主要包括8路同軸輸入端口、1路同軸輸出端口、合成器腔體、聚四氟乙烯支撐柱以及基于帶狀線的3級t型合成網(wǎng)絡(luò)；帶狀線合成網(wǎng)絡(luò)由金屬材料制成，優(yōu)選為黃銅h62材質(zhì)，以確保良好的導(dǎo)電性和耐功率性能；合成器腔體則可采用鋁合金6061材料，以實現(xiàn)輕量化和良好的散熱性能。

12、本發(fā)明的關(guān)鍵創(chuàng)新點(diǎn)還在于每級t型網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計；每級t型網(wǎng)絡(luò)均采用2級阻抗變換，且每級阻抗使用特定波長的帶狀線；這種設(shè)計能夠在無需隔離負(fù)載的情況下，實現(xiàn)各輸入通道間的高隔離度；具體而言，第一級t型網(wǎng)絡(luò)的兩個輸入臂阻抗分別為50ω，連接同軸輸入端的內(nèi)導(dǎo)體，而輸出臂阻抗為35.35ω，其帶狀線其電長度為90度；第二級和第三級t型網(wǎng)絡(luò)也采用類似的設(shè)計，以確保各級之間的良好匹配和高隔離度。

13、此外，本發(fā)明還針對合成器的耐功率能力進(jìn)行了優(yōu)化；通過合理選擇帶狀線厚度和腔高，以及采用雙層空氣板線結(jié)構(gòu)和垂直過渡設(shè)計，本發(fā)明提高了合成器的耐功率能力，使其能夠承受更高的峰值功率和平均功率。

14、在另一方面，本發(fā)明還提供了一種基于帶狀線的高功率合成器的功率合成方法；該方法首先通過8路同軸輸入端口接收等幅同相的射頻信號，然后利用基于帶狀線的3級t型合成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行功率合成；在合成過程中，通過每級t型網(wǎng)絡(luò)的阻抗變換和特定波長的帶狀線設(shè)計，實現(xiàn)了各輸入通道間的高隔離度合成；最后，通過1路同軸輸出端口輸出合成后的信號；整個合成過程中無需使用隔離負(fù)載，從而簡化了加工工藝并降低了成本。

15、本發(fā)明通過創(chuàng)新的設(shè)計和優(yōu)化，解決了現(xiàn)有高功率合成器中存在的隔離度不足、功率容量受限以及加工工藝復(fù)雜等問題；本發(fā)明提供的基于帶狀線的高功率合成器及其功率合成方法具有高性能、低成本和易加工等優(yōu)點(diǎn)，為微波功率源領(lǐng)域的發(fā)展提供了有力的技術(shù)支持。

16、本發(fā)明設(shè)計的8合1高功率合成器，主要包括8路同軸輸入、1路同軸輸出、合成器腔體、聚四氟乙烯支撐柱以及基于帶狀線的3級t型合成網(wǎng)絡(luò)；通過精心設(shè)計的帶狀線合成網(wǎng)絡(luò)，在每級t型網(wǎng)絡(luò)中采用2級阻抗變換，以及特定長度的帶狀線，成功地在無需隔離負(fù)載的情況下實現(xiàn)了各輸入通道間的高隔離度；這種設(shè)計不僅簡化了加工工藝，還保證了合成器具有大功率容量和低合成損耗等特點(diǎn)。

17、此外，本發(fā)明還通過優(yōu)化合成器的結(jié)構(gòu)和材料選擇，提高了合成器的耐功率能力；通過cst軟件仿真和優(yōu)化，確定了帶狀線的厚度、腔體高度等關(guān)鍵參數(shù)，從而確保了合成器在承受高峰值功率時的穩(wěn)定性和可靠性。

18、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的基于帶狀線的高功率合成器及其功率合成方法相較于傳統(tǒng)的功率合成技術(shù)，展現(xiàn)出多重顯著的有益效果：

19、(一)通過采用創(chuàng)新的帶狀線設(shè)計和多級阻抗變換技術(shù)，本發(fā)明實現(xiàn)了輸入通道間的高隔離度；這種設(shè)計無需額外的隔離負(fù)載，即可有效減少通道間的信號干擾，從而提高了合成器的工作穩(wěn)定性和信號質(zhì)量；

20、(二)本發(fā)明通過優(yōu)化帶狀線厚度、腔體高度以及采用雙層空氣板線結(jié)構(gòu)，顯著提升了合成器的耐功率能力；這不僅使得合成器能夠承受更高的峰值功率，還保證了在持續(xù)高功率輸出時的穩(wěn)定性和可靠性；

21、(三)傳統(tǒng)的功率合成器往往需要復(fù)雜的隔離和匹配網(wǎng)絡(luò)，而本發(fā)明的設(shè)計則大大簡化了這些網(wǎng)絡(luò)，降低了加工難度和成本；同時，帶狀線的使用也減少了對高精度加工和裝配的需求，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率。

22、(四)本發(fā)明選用了黃銅h62作為帶狀線材料，確保了良好的導(dǎo)電性和耐功率性能；而鋁合金6061材料的應(yīng)用于合成器腔體，則在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時，實現(xiàn)了產(chǎn)品的輕量化，有助于提升整體系統(tǒng)的便攜性和靈活性。

23、(五)通過三級t型網(wǎng)絡(luò)的有效設(shè)計，本發(fā)明能夠高效地將多路射頻信號合成為一路高功率輸出，不僅提升了功率合成的效率，還保證了輸出信號的穩(wěn)定性和純凈度。

24、綜上所述，本發(fā)明不僅適用于微波功率源領(lǐng)域，還可擴(kuò)展應(yīng)用于雷達(dá)、通信、廣播電視發(fā)射機(jī)等多種需要高功率射頻信號的場合，具有廣闊的市場潛力和應(yīng)用價值；通過獨(dú)特的設(shè)計理念和創(chuàng)新的技術(shù)手段，顯著提升了功率合成器的性能，簡化了生產(chǎn)工藝，降低了成本，并為相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步提供了強(qiáng)有力的支持。