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一种新型六路功率分配合成网络探究研究【摘要】本文指出了在二进制功率的合成方式中存在的缺 点，同时也给出了波导一一微带探针过渡以及3dE分支波导 定向耦合器的基本原理介绍了改进型分支波导三路功率分 配器，本结构有很多的优点，比如耗能低、驻波好、端口隔 离度较高等等对于目前合成方式中存在的缺点，介绍了一 种新型的基于波导Ka频段六路功率分配合成网络，本结构 的主要组成部分是3dB分支波导定向耦合器、改进型分支波 导三路功率分配器以及E面波导一一微带探针过渡关键词】Ka频段；六路功率分配；合成网络；波导在卫星地球站发射系统中，最关键的一个设备就是Ka 频段固态功率放大器，它的主要作用就是借助于天线，把上 变频器输出的Ka频段已调制过的信号放大到适当的功率发 射给卫星［1］由于Ka频段的每个功放芯片的功率都是有限 的，所以必须通过功率合成技术进行在功率固态功的研制 功率分配合成网络在当前采用的大多是二进制功率合成的 方式但在实际的应用中，多级二进制功率合成方式有很多 缺点，主要表现在：四路放大器合成功率不能满足全温范围 内输出功率的要求；虽然八路放大器合成功率的余量比较 大，可成倍增加的芯片数量也带来了很多影响，越来越高的 耗电功率、过高的成本和不断增大的整机体积。

对此，研制 二进制功率分配合成器就成为了当务之急在Rebollar等 学者研究的分支波导三路功率分配器的基础上，进一步研发 了分支波导三路功率分配器，且相位一致性也较好，也深入 分析研究了六路功率分配合成网络［2］1.分析部件的基本原理1. 1波导一一微带探针过渡在微波集成电路中，微波线是非常重要的一种传输形 式，但就当前而言，矩形波导在于毫米波的测试系统和器件 的接口中广泛应用，所以，在毫米波的单片集成电路与混合 电路的检测以及在连接平面电路中，波导一一微带转换器得 到了普遍的利用，从而这两种传输线在匹配过渡时十分优 良与别的过渡方式比较，波导一一微带探针过渡的优点非 常显著：较小的回波损耗、频带覆盖的范围比较宽、较低损 耗的插入、紧凑的结构以及便于加工是当前波导一一微带 过渡形式作用最广泛的一种波导一一微带探针过渡主要的形式有以下两种：（1）波 导内电磁波的传播方向等同于微带平面的法向方向；（2）波 导内电磁波的传播方向垂直于微带平面的法向方向这两种 形式采用了同种方法来把波导中的电场耦合到微带中去，即 利用波导较宽一边中心的孔把微带探针插入到波导腔中，再 在一段起耦合作用的探针下实现的。

在矩形波导中，有一离 过渡器1/4波长的短路活塞，它主要的作用就是保障在波导 内探针始终在电场最强的位置，从而使耦合效率尽可能地达 到最高容性电抗是探针过渡显著的特征，在探针过渡器的 后面串联着一段有感性电抗的高阻抗线，来使容性电抗得以 消除，为了匹配于50的微带线的阻抗，还需要通过1/4波 长阻抗变换器才可以［3］从整机的结构上分析，运用了 E面波导一一微带探针过 渡的形式，在优化和仿真时采用的软件是HFSS,最终结果说 明了在29〜31 GHZ的范围中，波导——微带探针过渡回波的 损耗要比30dB好,插入的损耗要比0. ldB小1.2 3dB分支波导定向耦合器在HFSS软件中按照算出的结果进行设计3dB分支波导 定向耦合器的最初模型，并建立优化目标给予仿真优化通 过仿真可以看出，在29-31 GHZ的范围中，本结构的两路幅 度的不平衡度比O.ldB要小，回波损耗比20dB要好，端口 2 与端口 3这两个输出端口的隔离度比18dB要好1.3改进型分支波导三路功率分配器分支波导三路功率分配器是由2个3dB分支波导定向耦 合器进行直通路合并，在直通路两边2个耦合器的分布呈对 称形状，如以图2(a)所示［6］。

为了端口 2、端口 3和端口 4 这三个输出端口的幅度保持一样，可以优化调整分支波导的 耦合孔尺寸得以实现如果只是保证了每个端口都具有相同的幅度，这在多路 功率合成中是远远不行的，还要使每个输出端口的相位有较 好的一致性，合成效率严重受到相位偏差大小的影响端口 3与端口 4在直通路上呈对称状分布，相位肯定一样，为了 使端口 2和端口 3与端口 4的相位保持一样，直通口必须给予适当的相位补偿在实际工程的应用中，弯曲了直通路波 导，从而实现了 3个输出端口在同一平面出现在HFSS软件中设计的最初模型中，通过进行优化仿真, 最终得到的分支波导三路功率分配器的幅度优良，相位一 致从仿真结果中可知，在29-31GHZ的范围中，三路输出 端口幅度的不平衡度比0.2dB要小，相位的不平衡度比4 小；三个输出端口间的隔离度都比20dB大，输入输出端口 里的回波损耗都比18dB优良成功设计而成的改进型分支波导三路功率分配器，不仅使三路功率分配器的每个输出端口的幅度、相位保持一致得 以实现，更使研制非二进制功率分配合成网络有了更坚实的 基础2.六路功率分配合成网络的实现3 •结语从一种新型六路功率分配合成网络的分析研究中得出， 这种网络结构有很多的优点，比如较低的插入损耗、内部端 口较高的隔离度、输入输出端口的驻波好以及加工简单等等 [8]。

给出了改进后的分支波导三路功率分配器，为了让3个输出端口的幅度和相位具有优良的一致性，对直通路波导 进行了相位补偿，为以后研制非二进制功率分配合成网络打 下了结实的基础针对在多级二进制功率合成方式中存在的 缺点，这种新型的六路功率分配合成网络给予了恰当的弥 补，在毫米波功率的合成中，其实用价值更高，发展前景更 广参考文献[1] 李军，方建洪，冯皓.E面波导3dB耦合器的设计[J]. 真空电子技术,2011 (2):159-161.[2] 雍爱平，唐璞，王建.基于带状线结构的一体化阵列 天线设计[J]•空间电子技术,2009,6(3): 178-180.[3] 梁荣江，曹卫平•一种新颖的毫米波开槽波导空间功 率合成网络[J].桂林电子科技大学学报,2008(04) ： 130-132.⑷党章，黄建，邹涌泉，邓力，文杰.Ku频段高效50W连续 波空间功率合成放大器[J].电讯技术,2009 (09): 149-150.[5] 陈炜，曹必松，张晓平，魏斌，郭旭波，彭慧丽，金世超, 张盈，卢新祥•基于H型谐振器的L波段宽带高温超导滤波器 设计[J].低温物理学报,2009(02):220-222.[6] 纪新峰.X波段功率合成技术研究[D].电子科技大 学,2011:12.[7] 张洪林，袁景中.Ka波段脊波导到微带过渡器的设计 [J].中国科技信息,2009(20):182-183.[8] 蒲大雁，李晓辉，徐军.一种基于磁耦合原理的毫米 波矩形波导-微带过渡[J].微波学报,2010(06): 160-162.[9] 李程，孙玉发•一种可用于卫星和空间的微波滤波器 [J].无线电工程,2011(6): 58-59.作者简介：祝依飞(1982—),男，安徽池州人，2003 年毕业于皖西学院应用电子专业，2008年获工学学士学位， 工程师，现供职于中国电子科技集团公司第三十八研究所， 研究方向：雷达微波传输线的研究和分析。