一种1.3GHz 6路、4路、2路同轴波导功率合成器

摘要

本实用新型公开了一种1.3GHz 6路、4路、2路同轴波导功率合成器，包括合成器主体、短路板、一个输出端口和6个耦合结构完全相同的同轴输入端口；合成器主体为波导管；短路板安装在波导管的一端，输出端口位于波导管的另一端，6个同轴输入端口呈2行3列位置排布在波导管上；本实用新型在确保输入路数不变的同时，实现缩短功率合成器的长度，展宽功率合成器的工作带宽。

说明书

技术领域

本实用新型属于电子信息/射频/大功率无源器件领域，具体涉及一种1.3GHz 6路、 4路、2路功率合成器。

背景技术

超大功率合成器是超大功率射频系统中的重要组成部分，在基础科学研究、核物理、军事、农业、医疗等领域都有重要应用。超大功率合成器将多个功率源的输出功率合成在一起，功率可达上百千瓦乃至兆瓦等级。

同轴波导功率合成器是超大功率合成器中常用的一种结构。顾名思义，同轴波导功率合成器的输入端口为同轴规格，输出端口为波导规格。同轴波导功率合成器可以实现多路功放模块输出功率的合成，合成路数方便可调节，各路输入同相，各路输入到输出的幅度一致性和相位一致性指标优秀，可以实现高功率等级的功率合成，被广泛应用在大功率源系统中。

同轴波导功率合成器由其工作原理决定的，当合成路数越多，输入端口数量越多，合成器的工作带宽就越窄。也就是说，随着同轴波导功率合成器输入路数的增加，合成器的工作带宽会越来越窄。因此，同轴波导合成器的合成路数或者说合成器的功率等级，与合成器的工作带宽二者是矛盾的，在合成器的设计过程中需要协调解决。

同轴波导功率合成器各路输入到输出是同相的，各个功放模块只要保证同相，就可以通过合成器将输出功率合成在一起。但是，同轴波导功率合成器各路输入的同轴端口的间距不是随意可调的，而是由合成器本身的结构决定的，合成器各输入端口的间距往往与功放模块输出端口的间距不能保证完全相同。如果各功放模块输出与功率合成器各输入端口之间的连接硬馈或电缆的电长度不相等，就会影响到合成器各路输入到输出的相位。这时，往往需要对各功放模块之前的功分器输出相位进行相应的补偿，增加了整个系统的复杂性，降低了整个系统调试的效率。

实用新型内容

实用新型目的：为解决现有同轴波导功率合成器随着输入路数增加，工作带宽会越来越窄的问题，本实用新型提出了一种1.3GHz 6路、4路、2路同轴波导功率合成器，在确保输入路数不变的同时，实现缩短功率合成器的长度，展宽功率合成器的工作带宽。

技术方案：一种1.3GHz 6路同轴波导功率合成器，包括合成器主体、短路板、一个输出端口和6个耦合结构完全相同的同轴输入端口；所述合成器主体为波导管；所述短路板安装在波导管的一端，所述输出端口位于波导管的另一端，6个所述同轴输入端口呈2行3列位置排布在波导管上。

进一步的，同轴输入端口为直口同轴端口。

进一步的，各同轴输入端口通过硬馈连接线与各功放模块的输出端口连接。

进一步的，所述硬馈连接线由同轴硬馈管和直角弯头连接组成。

本实用新型还公开了一种1.3GHz 4路同轴波导功率合成器，包括合成器主体、短路板、一个输出端口和6个输入端口位置；所述合成器主体为波导管；所述短路板安装在波导管的一端，所述输出端口位于波导管的另一端，6个所述输入端口位置呈2行3 列位置排布在波导管上；在靠近输出端口的一列输入端口位置上设置堵板，在剩余4个输入端口位置处安装4个耦合结构完全相同的同轴输入端口。

进一步的，所述同轴输入端口为直口同轴端口。

进一步的，各同轴输入端口通过硬馈连接线与各功放模块的输出端口连接；所述硬馈连接线由同轴硬馈管和直角弯头连接组成。

本实用新型还公开了一种1.3GHz 2路同轴波导功率合成器，包括合成器主体、短路板、一个输出端口和6个输入端口位置；所述合成器主体为波导管；所述短路板安装在波导管的一端，所述输出端口位于波导管的另一端，6个所述输入端口位置呈2行3 列位置排布在波导管上；在靠近输出端口的两列输入端口位置上设置堵板，在剩余2个输入端口位置处安装2个耦合结构完全相同的同轴输入端口。

进一步的，所述同轴输入端口为直口同轴端口。

进一步的，各同轴输入端口通过硬馈连接线与各功放模块的输出端口连接；所述硬馈连接线由同轴硬馈管和直角弯头连接组成。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本实用新型的功率合成器，通过将6个输入端口按照2×3排列，可以有效缩短合成器的长度，减小合成器的尺寸和重量，降低合成器的加工成本；

(2)本实用新型的功率合成器，通过将6个输入端口按照2×3排列，可以有效增加合成器的工作带宽，该项技术指标明显改善；

(3)本实用新型的功率合成器，通过同轴硬馈管和直角弯头，实现合成器各路同相；

(4)本实用新型的功率合成器，可以方便的减少至2路或者4路合成。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的使用示意图。

具体实施方式

相比于其它结构的功率合成器，同轴波导功率合成器的一个突出的技术优势就是输入路数方便可调。当增加或者减少同轴波导功率合成器输入路数的时候，只需要对合成器的输入端口耦合量进行调节，即可方便的实现合成器路数可调。

现结合附图和实施例进一步阐述本实用新型的技术方案。

实施例1：

如图1所示，本实施例的1.3GHz 6路同轴波导功率合成器，其主要包括：合成器主体1、短路板2、一个输出端口3和6个EIA 1 5/8”规格的直口同轴端口4；本实施例的6个直口同轴端口4呈2行3列位置排布在合成器主体1上，具体排布要求为：同一列两个直口同轴端口成为一组，每组直口同轴端口需要在波导管中线两侧对称放置，距离不能太近，否则相互之间的隔离度会变差。每组直口同轴端口在波导管轴线方向的位置，以及短路盖板的位置，都是根据工作频率优化出来的。

本实施例的直口同轴端口4为“蘑菇头”的电耦合结构，且6个直口同轴端口4的耦合结构完全相同，各直口同轴端口4的行间距由端口的尺寸决定，而各直口同轴端口4 的列间距跟合成器的工作频率有关，需要经过计算机仿真，仔细确定合适的位置。本实施例的合成器主体1为一段WR650规格波导管。短路板2安装在波导管的一端，实现波导短路，短路板的位置跟合成器的工作频率有关，需要经过计算机仿真，仔细确定合适的位置。本实施例的输出端口3设置在波导管的另一端，为WR650法兰规格。

本实施例的1.3GHz 6路同轴波导功率合成器在每个输入位置设计了2个直口同轴端口4，这种结构设计有效缩短了功率合成器的长度，本实施例的1.3GHz 6路同轴波导功率合成器，总长度为1012mm，而采用1行6列的输入端口位置排布方式的1.3GHz 6 路同轴波导功率合成器，其长度大约为1980mm，总长度缩短将近50％。一般的6路合成器，输入端口是1×6排列，本实施例采用2×3排列，输入端口的位置从6变到3，结果是合成器的工作带宽明显展宽。也就是说，在缩短功率合成器长度的同时，本实施例的工作带宽与普通3路同轴波导功率合成器的工作带宽类似。对于传统的采用1行6 列的输入端口位置排布方式的1.3GHz 6路同轴波导功率合成器，其工作带宽(以输出端口反射损耗大于20dB定义)约为8MHz，而本实施例的1.3GHz 6路同轴波导功率合成器的带宽超过16MHz，相比传统结构的合成器，带宽增加100％以上，有效拓展了合成器的工作带宽。

如图2所示，在使用过程中，将本实施例的1.3GHz 6路同轴波导功率合成器放置在机柜中位于中间偏后的位置，合成器的直口同轴端口的朝向与各功放模块输出端口的方向相同。6个功放模块呈纵向排列，第1、3、5个功放模块的输出端口位于机柜左侧，第2、4、6个功放模块的输出端口位于机柜右侧。各功放模块的输出端口与合成器各直口同轴端口之间通过同轴硬馈管5和直角弯头6进行连接。通过调整同轴硬馈管5的长度，可以实现各功放模块输出端口与合成器各直口同轴端口之间连接硬馈的电长度相同，保证各功放模块可以同相实现功率合成。

采用本实施例提出的1.3GHz 6路同轴波导功率合成器，可以方便的减少至2路或者4路合成。合成器只需要对各直口同轴端口的耦合量进行调节，即可实现合成器合成路数的改变。当需要将6路同轴波导功率合成器更改为4路或者2路功率合成器时，将靠近合成器输出端口位置的2个或者4个直口同轴端口结构拆掉，用堵板将拆掉的直口同轴端口的位置堵上，同时调节剩余同轴端口的耦合量，即可实现将1.3GHz 6路同轴波导功率合成器更改为4路或2路功率合成器。

设计本实施例的1.3GHz 6路同轴波导功率合成器的方法可以应用在该频率其它输入路数的功率合成器中，也可以应用在其它频率的功率合成器中，也应用在其它输入端口规格的功率合成器中。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上，可将其改为4路合成器，将某一列的2个端口调节失配或者直接将端口短路，然后调节剩余4个端口的耦合量，即可更改为4路合成器。

实施例3：

本实施例在实施例1的基础上，可将其改为2路合成器，需要将某两列的4个端口调节失配或者直接将端口短路，然后调节剩余2个端口的耦合量，即可更改为2路合成器。

实施例4：

本实施例在实施例1的基础上，可通过设置多个输入端口，来扩展更多路数。

在上述各实施例中，端口的耦合量的调节是通过输入端口的内导体“蘑菇头”深入波导管的深度来实现的，即可以设计有调节“蘑菇头”深入波导管的深度的装置，“蘑菇头”深入波导管的深度越深，输入端口的耦合量越大。

实施例5：

本实施例在实施例1的基础上，提出了一种功率源系统，该功率源系统包括4组机柜，在每组机柜中设有6个功放模块、实施例1公开的6路功率合成器以及相应的配件。每个机柜输出为WR650波导端口。4组机柜的输出通过一套WR650 H面波导4路合成器，将所有功率合成为一路总输出。WR650 H面波导4路合成器位于4个机柜的上方，主要包括WR650 H面功率合成器、WR650 H面弯头、WR650波导管等，具体结构可参见图2。