本發(fā)明屬于微波電路與系統(tǒng)，具體涉及一種高隔離度的波導(dǎo)三路功分合成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、功率合成是一種用于提升微波系統(tǒng)功率輸出能力的技術(shù)，也是微波領(lǐng)域中出現(xiàn)最早、研究最多、應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一。其核心原理是通過控制微波網(wǎng)絡(luò)中電磁波的疊加，將多個(gè)弱信號(hào)合成為一個(gè)強(qiáng)信號(hào)。這一過程涉及復(fù)雜的微波信號(hào)分解與重組，必須借助專門的功分合成網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。

2、功分合成網(wǎng)絡(luò)通?；谝环侄膯卧Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分級(jí)構(gòu)建，常見的電路形式包括wilkinson電橋、lange電橋、分支線電橋、t型節(jié)和魔t等。根據(jù)應(yīng)用需求，可以采用微帶線、帶狀線、同軸線、共面波導(dǎo)(cpw)、基片集成波導(dǎo)(siw)或矩形波導(dǎo)等多種微波傳輸線獨(dú)立或混合實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的分級(jí)構(gòu)建方式可以生成2n條合成路徑，但由于其將合成路徑數(shù)量嚴(yán)格限定為2的冪次方(如4、8、16、32等)，導(dǎo)致功分合成網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)靈活性受到嚴(yán)重限制。特別是在高功率應(yīng)用中，當(dāng)采用矩形波導(dǎo)作為傳輸線時(shí)，合成路徑數(shù)量的成倍增長會(huì)導(dǎo)致硬件資源需求大幅增加，進(jìn)而造成設(shè)備體積和重量的急劇上升。

3、為了解決這個(gè)問題，《a?broadband?three-way?power?divider?based?on?e-ystructure》提出了一種基于不等功分結(jié)構(gòu)構(gòu)建非2n路功分合成網(wǎng)絡(luò)的方法。然而，由于該設(shè)計(jì)中采用的e-y分支均為無耗三端口元件，導(dǎo)致所構(gòu)建的三路功分器隔離度較差，這將嚴(yán)重影響其在功率合成應(yīng)用中的性能表現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決上述問題，提供一種隔離度高，能顯著提升功率合成穩(wěn)定性的高隔離度的波導(dǎo)三路功分合成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種高隔離度的波導(dǎo)三路功分合成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括波導(dǎo)三路功率分配器和波導(dǎo)三路功率合成器，在波導(dǎo)三路功率分配器與波導(dǎo)三路功率合成器之間連接放大器；波導(dǎo)三路功率分配器包括對(duì)稱布置的功分器上波導(dǎo)腔和功分器下波導(dǎo)腔，功分器上波導(dǎo)腔和功分器下波導(dǎo)腔通過螺釘連接；波導(dǎo)三路功率合成器包括對(duì)稱布置的合成器上波導(dǎo)腔和合成器下波導(dǎo)腔，合成器上波導(dǎo)腔和合成器下波導(dǎo)腔通過螺釘連接；微波信號(hào)通過波導(dǎo)三路功率分配器進(jìn)行分配后，由放大器進(jìn)行放大，再通過三路功率合成器進(jìn)行合并。

3、優(yōu)選地，所述功分器上波導(dǎo)腔內(nèi)設(shè)有功分器上波導(dǎo)腔第一半端口、功分器上波導(dǎo)腔中間上腔體、功分器上波導(dǎo)腔第二半端口和功分器上波導(dǎo)腔第三半端口，功分器上波導(dǎo)腔第一半端口與功分器上波導(dǎo)腔中間上腔體的一端相連，功分器上波導(dǎo)腔中間上腔體的另一端分別與功分器上波導(dǎo)腔第二半端口和功分器上波導(dǎo)腔第三半端口相連；功分器下波導(dǎo)腔內(nèi)設(shè)有功分器下波導(dǎo)腔第一半端口、功分器下波導(dǎo)腔中間下腔體、功分器下波導(dǎo)腔第二半端口和功分器下波導(dǎo)腔第三半端口，功分器下波導(dǎo)腔第一半端口與功分器下波導(dǎo)腔中間下腔體的一端相連，功分器下波導(dǎo)腔中間下腔體的另一讀與功分器下波導(dǎo)腔第二半端口和功分器下波導(dǎo)腔第三半端口相連；所述功分器上波導(dǎo)腔第一半端口與功分器下波導(dǎo)腔第一半端口對(duì)稱布置，功分器上波導(dǎo)腔第二半端口與功分器下波導(dǎo)腔第二半端口對(duì)稱布置，功分器上波導(dǎo)腔第三半端口和功分器下波導(dǎo)腔第三半端口對(duì)稱布置。

4、優(yōu)選地，所述功分器下波導(dǎo)腔第一半端口內(nèi)設(shè)有懸置探針負(fù)載，功分器上波導(dǎo)腔第一半端口、功分器下波導(dǎo)腔第一半端口和懸置探針負(fù)載合并時(shí)構(gòu)成平面負(fù)載魔t結(jié)構(gòu)；所述功分器下波導(dǎo)腔中間下腔體包括半波導(dǎo)主路、半波導(dǎo)耦合路、半波導(dǎo)寬邊縫隙和半窄波導(dǎo)隔離端，功分器上波導(dǎo)腔中間上腔體與功分器下波導(dǎo)腔中間下腔體結(jié)構(gòu)相同，位于功分器下波導(dǎo)腔中間下腔體上還設(shè)有t形探針負(fù)載，功分器上波導(dǎo)腔中間上腔體與功分器下波導(dǎo)腔中間下腔體中的半波導(dǎo)主路、半波導(dǎo)耦合路、半波導(dǎo)寬邊縫隙和半窄波導(dǎo)隔離端在合并時(shí)，構(gòu)成完整的波導(dǎo)主路、波導(dǎo)耦合路、波導(dǎo)寬邊縫隙和窄波導(dǎo)隔離端，功分器上波導(dǎo)腔中間上腔體、功分器下波導(dǎo)腔中間下腔體、窄波導(dǎo)隔離端和t形探針負(fù)載在合并時(shí)構(gòu)成波導(dǎo)—窄波導(dǎo)縫隙耦合結(jié)構(gòu)；所述功分器上波導(dǎo)腔第三半端口和功分器下波導(dǎo)腔第三半端口合并時(shí)構(gòu)成功率分配器e面t形節(jié)。

5、優(yōu)選地，所述合成器上波導(dǎo)腔內(nèi)設(shè)有合成器上波導(dǎo)腔第一半端口、合成器上波導(dǎo)腔中間腔體、合成器上波導(dǎo)腔第二半端口和合成器上波導(dǎo)腔第三半端口，合成器上波導(dǎo)腔第一半端口與合成器上波導(dǎo)腔中間腔體的端部相連，合成器上波導(dǎo)腔中間腔體的另一端分別與合成器上波導(dǎo)腔第二半端口和合成器上波導(dǎo)腔第三半端口相連；所述合成器下波導(dǎo)腔內(nèi)設(shè)有合成器下波導(dǎo)腔第一半端口、合成器下波導(dǎo)腔中間腔體、合成器下波導(dǎo)腔第二半端口和合成器下波導(dǎo)腔第三半端口，合成器下波導(dǎo)腔第一半端口與的端部相連，合成器下波導(dǎo)腔中間腔體的另一端分別與合成器下波導(dǎo)腔第二半端口和合成器下波導(dǎo)腔第三半端口相連。

6、優(yōu)選地，所述所述合成器上波導(dǎo)腔內(nèi)設(shè)有合成器上波導(dǎo)腔半吸收波導(dǎo)，合成器下波導(dǎo)腔內(nèi)還設(shè)有雙端懸置探針和合成器下波導(dǎo)腔半吸收波導(dǎo)，合成器上波導(dǎo)腔半吸收波導(dǎo)和合成器下波導(dǎo)腔半吸收波導(dǎo)合并時(shí)，構(gòu)成吸收波導(dǎo)，合成器上波導(dǎo)腔第一半端口、合成器下波導(dǎo)腔第一半端口、雙端懸置探針和吸收波導(dǎo)在合并時(shí)構(gòu)成波導(dǎo)負(fù)載魔t結(jié)構(gòu)(203)；所述合成器下波導(dǎo)腔中間腔體包括合成器半波導(dǎo)匹配負(fù)載、合成器半波導(dǎo)主路、合成器半波導(dǎo)耦合路、合成器半波導(dǎo)寬邊縫隙和合成器半波導(dǎo)隔離端，合成器上波導(dǎo)腔中間腔體與合成器下波導(dǎo)腔中間腔體結(jié)構(gòu)相同，兩個(gè)合成器半波導(dǎo)匹配負(fù)載合并時(shí)構(gòu)成波導(dǎo)匹配負(fù)載，兩個(gè)合成器半波導(dǎo)主路合并時(shí)構(gòu)成波導(dǎo)主路，兩個(gè)合成器半波導(dǎo)耦合路合并時(shí)構(gòu)成波導(dǎo)耦合路，兩個(gè)合成器半波導(dǎo)寬邊縫隙合并時(shí)構(gòu)成波導(dǎo)寬邊縫隙，兩個(gè)合成器半波導(dǎo)隔離端合并時(shí)構(gòu)成波導(dǎo)隔離端，合成器上波導(dǎo)腔中間腔體與合成器下波導(dǎo)腔中間腔體合并時(shí)構(gòu)成窄波導(dǎo)—波導(dǎo)縫隙耦合結(jié)構(gòu)；合成器上波導(dǎo)腔第三半端口和合成器下波導(dǎo)腔第三半端口合并時(shí)構(gòu)成功率合成器e面t形節(jié)。

7、優(yōu)選地，所述網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所等效的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，三路功率分配器中的功分器上波導(dǎo)腔第一半端口和功分器下波導(dǎo)腔第一半端口合并等效為功分器的合路端口，兩個(gè)功分器上波導(dǎo)腔第二半端口與兩個(gè)功分器下波導(dǎo)腔第二班端口合并等效為功分器第一分路端口和功分器第三分路端口，功分器上波導(dǎo)腔第三端口與功分器下波導(dǎo)腔第三端口合并等效為功分器第二分路端口；所述平面負(fù)載魔t結(jié)構(gòu)等效為功率分配器第一基本單元，波導(dǎo)—窄波導(dǎo)縫隙耦合結(jié)構(gòu)等效為功率分配器第二基本單元，功率分配器e面t形節(jié)等效為功率分配器第三基本單元；微波信號(hào)從合路端口輸入功率分配器后，被均分為三路等幅信號(hào)，分別從功分器第一分路端口、功分器第二分路端口和功分器第三分路端口輸出。

8、優(yōu)選地，所述合成器上波導(dǎo)腔第一半端口和合成器下波導(dǎo)腔第一半端口合并時(shí)等效為合成器合路端口，兩個(gè)合成器上波導(dǎo)腔第二半端口和兩個(gè)合成器下波導(dǎo)腔第二半端口合并時(shí)分別等效為合成器第一分路端口和合成器第三分路端口，合成器上波導(dǎo)腔第三半端口和合成器下波導(dǎo)腔第三半端口合并時(shí)等效為合成器第二分路端口；所述功率合成器e面t形節(jié)等效為合成器第三基本單元，窄波導(dǎo)—波導(dǎo)縫隙耦合結(jié)構(gòu)等效為合成器第二基本單元，波導(dǎo)負(fù)載魔t結(jié)構(gòu)等效為合成器第三基本單元，合成器第三基本單元與合成器合路端口相連。

9、優(yōu)選地，所述放大器的數(shù)量為三個(gè)，分別為第一放大器、第二放大器和第三放大器，第一放大器分別與功分器第一分路端口和合成器第一分路端口相連，第二放大器分別與功分器第二分路端口和合成器第二分路端口相連，第三放大器分別于功分器第三分路端口和合成器第三分路端口相連。

10、本發(fā)明的有益效果是：

11、1、本發(fā)明所提供的一種高隔離度的波導(dǎo)三路功分合成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有顯著的隔離特性優(yōu)勢。具體表現(xiàn)為dp1～dp3或cp1～cp3各端口之間完全相互隔離，互不干擾。以功率分配器為例，其中的pd1與pd2單元包含一個(gè)電阻，代表該單元的分路端相互隔離，pc1未包含則為非隔離的三端口單元。對(duì)于理想隔離的單元，其兩個(gè)分路間在任何情況下都應(yīng)當(dāng)是互不干擾的，因而其隔離特性與單刀雙擲開關(guān)非常類似，即無論開關(guān)處于何種狀態(tài)時(shí)，兩條分路間均不存在通路。因此，對(duì)于功分合成網(wǎng)絡(luò)中功率分配/合成器隔離度的分析，可以等效為開關(guān)網(wǎng)絡(luò)等效模型。該模型包含3組開關(guān)，可形成8種不同的組合狀態(tài)。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，在所有可能的工作狀態(tài)下，p1～p3端口之間始終不存在任何信號(hào)通路。這一結(jié)果充分證明了三路功分合成網(wǎng)絡(luò)是滿足全端口隔離條件的。

12、2、本發(fā)明通過構(gòu)建全新的三路功分合成網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，設(shè)計(jì)出全端口隔離的波導(dǎo)三路功率分配/合成器，解決了傳統(tǒng)非隔離網(wǎng)絡(luò)中存在的放大器相互負(fù)載牽引問題，可顯著提升功率合成的穩(wěn)定性，為高功率微波系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供了技術(shù)保障。