波导空间功率合成器的仿真设计(3)
非谐振型电路功率合成的合成结构式传输线模式的电路网络，相对于谐振型功率合成其优点包括：工作频带宽、合成规模较大、空间应用时不易发生微放电现象；缺点在于路径损耗较大，合成效率不高。非谐振型功率合成电路分为二进制级联结构和N路合成结构两种，对于前者，随着合成路数的增加合成电路级数也增多，导致合成损耗随之增大；而对于后者，随着合成路数的增加电路损耗巫明显变化，但匹配问题更加复杂。
根据各级电路耦合度的不同，二进制级联结构又可分为树形结构和链式结构两种。树形结构式最早发展起来的二进制级联结构，每一级电路耦合度相同，都是3dB，这种合成电路设计简单，易于实现，可采用的电路形式有Wilkinson桥、混合环、魔T、T型结等，可采用的传输线形式有微带、波导、基片集成波导等。链式结构的每一级耦合度都不同，除第1级外，第k级的耦合度为10lgk，这种合成电路设计复杂，但体积、重量易于保证。可采用的电路形式有分支耦合器、不平衡T型结等，可采用的传输线形式有微带、波导、基片集成波导等。因为波导是损耗最低的传输线，所以在大功率合成的应用场合往往采用波导形式的合成电路，尤其是在毫米波频段；而在体积受限的系统中，微带线功率合成电路则更受关注。
N路功率合成电路是基于低损耗的需求发展起来的，其思路是将多路合成通过一级电路实现，以降低插入损耗。N路功率合成电路可采用的电路形式有N路Wilkinson合成器、径向传输线合成器等，可采用的传输线形式有微带、波导等。N路功率合成电路往往是三文结构，尤其对于径向传输线合成器，这时参与合成的功率单元一般是放大器模块。
1.2.3 空间功率合成
空间功率合成是上世纪八十年代初提出的一种毫米波功率合成的方法,但它真正被人们重视并加以广泛研究是在上世纪八十年代后期和九十年代。这类合成方式是利用多个功率辐射单元,以正确的相位关系来实现功率的叠加。
准光腔合成方式是将器件通过不同的结构形式安装于准光腔内进行功率合成。这项技术是由w.Lothar等人于1983年首先提出的。准光腔功率合成利用了准光腔谐振频率只与准光腔腔距有关,而与准光腔腔面尺寸几乎无关这一特性,将毫米波器件通过不同的结构形式安置于准光腔内进行功率合成,在满足准光腔稳定的条件下,可将准光腔腔面设计成足够大,以便实现多器件的功率合成。
自由空间功率合成技术是由K.chang、T.lton等人提出的，利用了天线的辐射和互祸特性,将各个毫米波器件的辐射功率在自由空间内进行功率合成。合成后的功率可以通过天线接收,也可以将合成功率直接定点于高功率需求处。自由空间波功率合成其实是准光腔功率合成的一种变形。自由空间和准光腔合成中,功率由有源器件祸合为大直径的导波波束,再通过波束聚焦到空间功率需求点或转换为波导模式输出。
在空间功率合成中,大直径的波束横截面允许采用的合成单元数目更多,从而可以提供更大的输出功率;而所有的合成单元都处于并联的状态,损耗基本上与合成单元数量无关,这使得自由空间和准光腔合成在合成单元数目很多时具有十分明显的优势,可以满足高功率的需求。能量是分散藕合而且通过低损耗波导或高斯波束在空间合成,因而系统中的欧姆损耗很小。合成损耗主要是由有源器件祸合输出为传播波束以及传播波束祸合到功率接收端口时引起的,而这种损耗可以通过优化设计做的很小。
1.3 本论文的主要工作
本文设计内容主要是完成波导空间功率合成器的仿真设计，本文深入学习空间功率合成技术，了解相关理论知识，研究分析波导T型结功率分配/合成器和分支波导耦合器结构，结合其优缺点，最终选择了分支波导耦合器结构，仿真设计出了H型波导腔模块功率合成器。
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