[发明专利]一种Klopfenstein阻抗过渡扩展同轴功率分配/合成器

摘要

本发明公开了一种Klopfenstein阻抗过渡扩展同轴功率分配/合成器，属于微波技术领域。该结构包括：50欧姆标准同轴波导、同轴波导到扩展同轴波导过渡结构、扩展同轴波导段、λ/4长阻抗匹配段和沿径向呈辐射状分布的50欧姆标准同轴波导阵列。本发明基于Klopfenstein阻抗变化的同轴波导到扩展同轴波导过渡结构，实现同轴波导到扩展同轴波导的最佳匹配，大大提高整个功率分配合成器的工作带宽；并且该结构具有很低的插入损耗、良好的散热性能、紧凑的结构，输入输出均采用50欧姆标准同轴波导接口，便于微波毫米波系统应用。

主权项

1.一种Klopfenstein阻抗过渡扩展同轴功率分配/合成器，包括：50欧姆标准同轴波导、同轴波导到扩展同轴波导过渡结构、扩展同轴波导段、λ/4长阻抗匹配段和沿径向呈辐射状均匀分布的50欧姆标准同轴波导阵列；所述50欧姆标准同轴波导一端与同轴波导到扩展同轴波导过渡结构连接，另一端与标准SMA接头连接；所述同轴波导到扩展同轴波导过渡结构为Klopfenstein阻抗渐变结构，其另一端与扩展同轴波导段连接，其阻抗变化满足Klopfenstein渐变特性阻抗关系，以实现同轴波导到扩展同轴波导的宽带匹配；所述扩展同轴波导段末端与λ/4阻抗匹配段连接，λ/4阻抗匹配段为N路同轴波导口提供电路等效上的开路；所述50欧姆标准同轴波导阵列沿径向均匀分布于扩展同轴波导段周围，同时扩展同轴波导段内导体通过金属圆柱与50欧姆标准同轴波导阵列内导体连接，金属圆柱半径大于同轴波导阵列内导体且轴线重合；所述Klopfenstein阻抗渐变结构的特性阻抗变化的自然对数为：其中Z₀和Z_L分别为输入输出端特性阻抗，函数Γ₀为：函数A为：其中，L为同轴波导到扩展同轴波导过渡结构的长度，λ_m为最大波导波长；函数φ(x,A)定义为：其中I₁(x)是修正贝塞尔函数；同轴波导到扩展同轴波导过渡段外导体半径遵循方程：式中，b₁为同轴波导外导体半径，b₂为扩展同轴波导外导体半径，由同轴波导特性阻抗公式可以确定Klopfenstein过渡段内导体半径满足方程：式中，ξ_r为同轴线内填充介质的相对介电常数，由Z₀为50欧姆和Z_L为50/N欧姆(N为功率分配/合成路数)，结合上面的公式可以确定过渡段内导体曲线a(z)。