L波段介质型大功率径向合成器设计分析

闫绍卿

【摘要】 径向波导的功率合成器因为具有合成效率高优点而得到了广泛应用，同时也得到了人们的重视。径向合成器的性能受其设计的影响较大，合理的设计会使径向合成器的性能得到提升，并且在具体应用中发挥更好的作用，因此加强对其设计的分析具有现实意义。

【关键词】 介质型 径向合成器 功率放大

目前常用的和成功率方法的种类有很多，其中比较常用的方法有二进制合成法和径向合成法。前者在具体实时过程中，简单方便，并且具有安全可靠特点，但是该方法在应用中有个致命的缺点，随着合成级数的增加，合成效率将会逐渐降低，这将会对其应用造成不良影响。而后者则具有功率容量大、合成效率高等缺点，但是该方面在具体实施上，工艺相对来说更加复杂，并且稳定性也偏低，因此对其应用过程中，需要加强对相应的径向合成器设计的研究。

一、设计径向合成器的结构

设计的径向合成器的结构有中心探针、径向波导、周围探针三个部分共同构成。中心探针在径向波导中能够起到激励波的作用。从结构上看，分布子径向波动合成器的内外探针都是对阵的，由于场的波分布是对称的，因此分布在外围各探针的激励电磁场也是相同的[1]。

此外，需要注意，虽然对称分布探针列使径向波动内部电磁场分布发生了改变，但是电磁场的整体分布仍然是对称分布的。在各个外围探针分布着相同的电场，这也确保了探针获取从波导耦合中获取相同的能量，确保探针列能够实现等功率分配。

二、构建径向合成器模型

利用HFSS完成对径向合成器模型构建，同时要做好相应的仿真计算。依据最注重的仿真结果，完成对合径向合成器结构尺寸的合理优化，然后依据最终的优化结果，确定结构尺寸。确定的结构尺寸如下：圆盘高度与半径分别为41.5mm和76.5mm；中心探针的高度和半径分别为28.5和8.0mm；周围探针高度和半径分别为12.0和12.0mm；周围探针与中心探针距离为43.0mm。

通过分析可发现，电场能量在周围探针上均匀分布，在某端口馈入的信号的功率大小为10kW，形成的最大场强大小为285kV/m，该数值与聚四氟乙烯介质的击穿电压相比，要小很多，因此在具体应用中，并不需要担心发生击穿问题，这也使径向合成内部本身具有不错的高功率容量，提高了其应用性能[2]。

在具体设计中，选用7/16型连接器，通过大量的应用经验，可以确定该连接其承受的电功率容量大小约为 1.48kW，N型连接器在具体应用中能够承受的功率容量大小约为0.28kW，由此可以判断径向合成的功率容量可以达到千瓦量级，在应用中能够发挥出不错的效果。

通过试验可以判断，频段在处于1-2GHz阶段时，每个支路的振幅大小都相同，反射系数不会超过-15.4dB，插损数也不会超过0.16dB。通过观测相位的具体情况也可以发现，不同支路的相位都处于一致，各个支路相位差不会超过0.5°，因此相位差对该系统合成效率也不会造成较大影响。通过各项仿真结果来看，径向波动合成器理论效率可以超过97.5%，因此在应用中可以发挥不错的效果。

三、径向合成器组装与测试

介质型径向功率合成器部件其组装过程如下：金屬腔体结构、腔体内包含聚四氟乙烯截介质块、将介质放入到金属腔体内。

测试合成器，主要是针对测试无源系统的传输系统数和发射系数进行测试。在测试过程中需要应用矢量网络分析仪，具体测试的频率大小集中在1GHz-2GHz范围内，在测试时，六个输入端口中的一个端口与矢量网络分析仪器进行连接，其余五个端口在标准负载端口相连。

通过具体测试能后获取到径向功率合成器的反射系数和传输系数，由试验结果可以发现，整体上来说，径向功率合成器传输系数相对来说比较平缓，其波动主要集中在-7.85到 -8.05dB之间，而插入损耗则为0.28-0.32dB之间；1GHz频点周围，径向功合成反射系数的最大值为-11.92dB，总的来说，实测数据与仿真结果之间的吻合度很高，因此各项内容都能够满足设计中的具体要求，最终设计的径向功率能够发挥出应有的作用[3]。在具体测试过程中，涉及到的六个端口，每个端口的传输系数的相位都保持一致。测试中也可以发现实测数据要与仿真结果相比略小，并且会存在一定波动，实测与相对发展结果来说插损较大，但是考虑到加工和装配都存在误差，因此具有一定的误差还是可以接受的。

四、结束语

径向合成器的应用越来越广泛，其在具体应用中可能会出现各种各样的问题，因此在应用之前，要对其设计进行合理分析，使其更加合理，从而发挥出更好的性能。

参 考 文 献

[1]张园，奚松涛. 一种3路径向高功率合成器的设计[J]. 现代雷达，2016，（02）：62-65.

[2]邵美婷，宁曰民，刘祖深. 一种新型的渐变脊径向波导空间功率合成器设计[J]. 计算机测量与控制，2014，（11）：3787-3789.

[3]王海龙，廖秋平，杨光. 宽带径向功率合成器设计[J]. 电子信息对抗技术，2011，（04）：64-68.