[发明专利]基于高隔离网络的径向波导功率分配/合成器

说明书

本发明属于太赫兹功率合成技术领域，提供一种基于新型高隔离网络的径向波导功率分配/合成器，首次提出在分配/合成网络之间增加“隔离网络”的方法，在传统N+1个端口的基础上增加了至少2N个冗余端口，进而建立支路端口之间的强耦合联系，实现径向网络的高隔离度；基于此，本发明提供了由N个二进制波导功率分配器与N个二进制波导功率合成器构成的环状交叉耦合隔离网络，并基于该隔离网络构成径向波导功率分配/合成器，能够实现功率分配/合成的同时实现支路端口的高隔离度，有效解决了太赫兹频段器件驻波可能较差的实际问题，消除了端口驻波造成的端口幅相不平衡现象，确保径向合成方式在太赫兹频段的适用性。

技术领域

本发明属于太赫兹功率合成技术领域，具体提供一种基于新型高隔离网络的径向功率分配/合成器。

背景技术

太赫兹波在无线通信、雷达探测、电子对抗、大气环境监测、医学成像、安全检查等领域都有重大意义，相比于毫米波，太赫兹波极高的工作频率更容易实现宽频带系统，对雷达和成像等探测应用而言意味着提高精度，对无线通信等数据传输应用则意味着增加信道带宽、提高数据容量和传输速率；然而，受限于单个功放芯片的输出能力，太赫兹波在主动雷达、无线通信、主动成像以及各类新兴有源应用领域的科学验证与应用开发仍然进展缓慢。功率合成作为倍增器件输出功率的重要手段，能数十倍甚至数百倍地叠加器件输出功率，可获得适用于科学验证、工业应用和商业应用的固态太赫兹功率合成放大器/源。

功率合成技术的关键在于实现多路、宽带、低损耗的功率分配器，将一路信号分为若干路分别放大后，再将功率分配器用作功率合成器完成多路信号的合成，最终系统的输出功率等于每个固态器件输出功率之和，从而实现输出功率的倍增。合成方式主要的拓扑结构可分为二进制合成、行波合成、径向合成和自由空间合成等，径向波导合成器采用多路波导径向构架，能在一级波导电路中实现多路合成，具有低损耗和高功率容量的特性；但是，在无耗情况下，传统N+1径向网络支路端口之间隔离度很差，端口的驻波和合成模式的稳定性依靠端口的幅相平衡性保证，尤其是在太赫兹频段器件驻波可能较差，必须采取措施消除；然而，微波毫米波频段传统N+1网络结构采用的薄膜电阻抑制干扰模或者波导开槽吸收干扰模的方法并不适用太赫兹频段。

基于此，本发明首次提出采用新型高隔离网络作为径向功率分配/合成器的隔离网络，进而满足太赫兹频段的应用需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够适用于太赫兹频段的新型高隔离网络径向功率分配/合成器，通过多模散射矩阵理论来研究高次模径向合成网络特性，了解含干扰模的径向网络非全匹配的机理；本发明首次提出在分配/合成网络之间增加“隔离层”的方法来建立支路端口之间的强耦合联系，从而实现径向网络的高隔离度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

基于新型高隔离网络的径向波导功率分配/合成器，包括：1个圆波导、N个矩形波导、以及环状交叉耦合隔离网络，N≥2；其特征在于，所述环状交叉耦合隔离网络由N个二进制波导功率分配器与N个二进制波导功率合成器构成，其中，N个二进制波导功率分配器的输入端与圆波导连接构成径向网络结构，N个二进制波导功率合成器的输出端分别连接矩形波导；每个二进制波导功率分配器将输入信号等分为两路输出信号，二进制波导功率分配器之间相邻的两路输出信号再通过二进制波导功率合成器合成输出。

进一步的，所述环状交叉耦合隔离网络的数量为M，M≥1；每增加一个环状交叉耦合隔离网络，支路端口的隔离度就得到一次叠加，将输出端口失配的能量均匀分配到其它端口；每1个环状交叉耦合隔离网络有2N个冗余端口置于其中，环状交叉耦合隔离网络的支路端口数量不变。

进一步的，所述二进制波导功率分配器与二进制波导功率合成器均采用90°电桥，具体为波导90°分支线电桥，使用时匹配端口接匹配负载。

从工作原理上讲：