一種Ka波段開槽波導(dǎo)空間功率合成器的設(shè)計

摘要：設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單，容易制造的開槽波導(dǎo)功率分配器／合成器。該合成器采用錐形微帶線一波導(dǎo)的過渡結(jié)構(gòu)，每路微帶線傳輸部分由小腔體進行隔離。通過CST仿真軟件，設(shè)計了一個中心頻率為35 GHz的Ka頻段的功率合成器。仿真結(jié)果顯示，該結(jié)構(gòu)回波損耗小于-20 dB時的帶寬達近500 MHz，且插入損耗小于0．1 dB?？梢?，具有極低的插入損耗和較低的回波損耗。
關(guān)鍵詞：空間功率合成；開槽波導(dǎo)；功分器；CST

0 引言
當(dāng)前，在本地多點分配業(yè)務(wù)這種無線通信系統(tǒng)中，越來越多地用到毫米波段。基站發(fā)射機需要中、高功率的固態(tài)功率放大器。盡管目前在高頻半導(dǎo)體技術(shù)和芯片制作方面取得不小的進展，但是毫米波設(shè)備仍然受制于它們的最大輸出功率。目前，市場上可以買到的毫米波段功率放大器芯片MMIC一般只有幾瓦的輸出功率，因此要獲得足夠高的輸出功率，需用好幾片MMIC進行合成。
空間合成器因為其較低的插入損耗和更高的合成效率，從而比傳統(tǒng)的電路合成更受歡迎，它們的合成效率與用于合成的芯片數(shù)量有關(guān)。在制作時，合成電路應(yīng)盡可能緊湊，但是實際尺寸卻受芯片大小、偏置電路、散熱等方面的影響。
本文介紹的空間功率合成方案，采用開槽矩形波導(dǎo)與多路錐形微帶線耦合的方案。該方案中，開槽矩形波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)比較簡單，容易制作，尺寸也不大，而且散熱很好。在制作10～33 GHz的功率放大器時備受推崇。這種方式構(gòu)建的放大器，維修起來也很容易，若要獲得更大的合成功率，只需要使用較大功率的芯片代替某路原有芯片即可。當(dāng)然，這些高頻段的芯片體積都很小，在裝配時必須非常小心。

1 工作原理與結(jié)構(gòu)
開槽波導(dǎo)空間合成器的工作原理和開槽波導(dǎo)功分器的外形如圖1所示。信號從波導(dǎo)口輸入，通過開在波導(dǎo)寬邊或窄邊上的縱向槽耦合到微帶線中實現(xiàn)功分，經(jīng)過放大器放大后的信號再由微帶到槽耦合后合成。

開槽波導(dǎo)功分器按能量在波導(dǎo)中的傳播方式不同可分為行波式和駐波式。行波工作方式下，可在波導(dǎo)終端填充吸收材料，避免在波導(dǎo)內(nèi)形成駐波，耦合槽的位置無特別要求；在駐波工作方式下，波導(dǎo)終端短路，能量在波導(dǎo)中呈駐波分布，耦合槽應(yīng)開在電場的波腹位置。
這兩種工作方式下，能量在波導(dǎo)內(nèi)的分布不同也帶來了耦合系數(shù)設(shè)置的不同。以4路功分為例，為得到等功率分配，駐波工作方式各路的耦合系數(shù)相同。都是1／4；行波工作方式下能量在波導(dǎo)內(nèi)傳輸時逐級遞減，耦合系數(shù)的設(shè)置為第1路1／4，第2路1／3…第4路應(yīng)保證耦合系數(shù)為1。
本文最終采用的功分器方案為駐波式，開槽方式為波導(dǎo)邊側(cè)開槽。波導(dǎo)槽位置、尺寸的初始值可以由如下方式確定：
方法一：借鑒波導(dǎo)裂縫陣天線的設(shè)計方法，引入分布參數(shù)等效電路，其等效圖如圖2所示。