基于二维Meniscus透镜的准光功率合成器

为了实现大功率容量和高效率的空间功率合成,将基于波导腔体的二维Meniscus透镜用于毫米波功率合成器的设计.对透镜中传输的主模(TE10波)的散射效应进行了分析,并且设计了匹配层减小透镜结构带来的反射.在30 GHz频率上利用Rexolite介质的Meniscus透镜设计出了10路功率合成器,对不同结构的功率合成器和不同参数的透镜进行了研究,得到了最终的优化结果.CST-MMW的仿真结果表明该功率合成器在30 GHz合成效率可以达到92.6%,并且其80%以上效率工作带宽可以覆盖整个Ka波段.     

紧凑型矩形波导内功率合成器设计

介绍了一种基于常规速调管功率合成和脉冲压缩的微波源系统,为实现多路高峰值功率速调管的功率合成,设计了一种紧凑型、近平面结构的微波功率合成器。在2.856 GHz频点处,合成器各端口反射损耗和相对端口隔离度均大于45 dB。当两路峰值功率为50 MW的微波功率合成时,合成器内的最大场强约为9.6 MV/m,合成效率大于99%。在四端口功率合成器的基础上,通过两级合成可实现一种八端口微波功率合成器,当四路峰值功率50 MW的微波功率合成时,合成器内最大场强约为13.5 MV/m。     

一种T形高功率微波功率合成器

提出了一种新型功率合成器,其工作原理为:通过在两个相互垂直的过模矩形波导中放置两组相互垂直的金属插板,对具有不同极化方向的矩形波导TE10模进行隔离传输,实现高功率微波的双路通道功率合成。基于这一原理初步设计了一个中心频率为9.55 GHz的功率合成器,并进行了数值模拟。模拟结果表明:这种功率合成器可以承受高功率,单通道工作时的功率容量分别大于7.31 GW和6.83 GW,中心频率上两个通道的单模功率传输效率分别达到了98%和99%,反射损耗分别小于-36 dB和-21 dB,通道之间的耦合损耗分别小于-30 dB和-45 dB。     

X波段高峰值功率速调管功率合成器设计

 基于微波电路理论和EBMA(extended boundary condition model analysis)电磁计算方法,先后设计了一个工作在9 GHz的4合1和8合1功率合成器。功率合成器可将多个侧壁矩形波导中相同输入的TE10模电磁波在中心圆波导中以TE01模式输出,实现功率的合成。利用EBMA方法和CST软件对所设计功率合成器的传输系数进行了计算,在中心频率9 GHz处,计算结果分别为1.00和0.99,从而验证了功率合成器具有良好的功率合成效果。对于8合1功率合成器,还根据模型简化的想法,使得功率合成器加载后,对输出腔间隙阻抗的计算成为可能。     

基于过模波导的高功率微波准相干功率合成器

研究了一种用于功率合成的GW级高功率微波功率合成器。该合成器工作在X波段,输入微波由2路工作频率不同的X波段的微波源产生。为了满足输出功率和功率容量的要求,用于功率合成的微波源工作段波导的过模因子为12.7,这给功率合成器的设计带来了一定的困难。着重讨论了如何利用过模波导设计X波段高功率合成器,研究了如何抑制过模波导的高次模式并提高其功率容量和传输效率。设计的功率合成器单路传输效率达到99.0%以上,允许的最大输出功率达到5.6 GW以上,还可以按照需求适当增大高度,以进一步提高其功率容量而不影响传输效率。     

一种新型的渐变脊径向波导空间功率合成器设计

给出了一种新型的波导渐变脊的设计方法及其在波导空间功率合成器中的应用,该设计方法采用新型复合函数渐变曲线代替了传统的单一指数函数或三角函数渐变曲线,通过优化渐变脊的结构可以达到对频带内引起的谐振进行抑制的目的,并能降低功率合成器中的通路损耗;将该新型波导渐变脊结构用于30~40 GHz的波导空间功率合成器,经测试得到,由渐变脊组成的合成器部分在整个频段内插入损耗不足0.8 dB,整个无源合成器结构的输入端口驻波小于1.35,满足了合成器的使用要求。     

用于速调管功率合成输出结构的转向波导设计

 为X波段高峰值功率速调管功率合成输出结构设计了一个工作在9 GHz的转向波导,用于连接功率合成器和速调管输出腔。转向波导结构由中心矩形谐振腔、两个矩形耦合孔和两边的输入输出波导组成;输入和输出波导由速调管输出腔和功率合成器确定,分别工作在TE₁₀和TE₀₁模式,它们相互垂直并偏离矩形谐振腔的中心;中间的矩形谐振腔工作在TM₁₁₀,TE₁₀₁和TE₀₁₁混合模式。这种转向波导结构的3个反射零点构成了较宽的传输通带。将连接转向波导结构的功率合成器加载到速调管输出腔,计算了功率合成器加载后速调管输出腔的间隙阻抗。计算结果表明：功率合成器的加载对输出腔间隙阻抗影响不大。设计的转向波导结构很好地应用到了速调管功率合成输出结构中。     

两注THz折叠波导行波结构的增益与传输特性

为了提高太赫兹行波管的输出功率,提出了多个传输信号进行功率合成的方法。首先,对D波段多注慢波结构进行设计及功分器的优化;然后,通过微铣削工艺完成了两注THz折叠波导结构的加工,加工精度满足实际设计要求;最后,利用CST软件对该结构的冷测与互作用特性进行了分析。仿真结果表明:该结构的S11值小于-20 dB,实际测试值在-20 dB左右,两者较吻合。冷测分析表明该结构具有22 GHz（16%）的冷带宽,3 dB增益带宽为12.5 GHz。在各电子注的电压、电流、峰值输入功率大小分别为15.79 kV, 12 mA, 10 mW时,单注结构获得了1.58 W的输出功率及22 dB的增益;而两路信号在互作用完成后,获得了2.91 W的合成功率输出,合成效率不低于90%。通过合成的方法可以有效提高THz行波管的输出功率。.     

一种基于嵌套结构的锁频锁相高功率微波振荡器仿真研究

高功率微波（HPM）产生器件通过增加慢波结构的过模比使得功率容量显著提高。嵌套型结构让过模器件的空心结构或内导体结构得到使用,同时嵌套型器件的低阻抗使得其与低阻脉冲功率源能良好匹配。基于内外嵌套结构提出了一种锁频锁相高功率微波振荡器。相对于传统的锁频锁相方法,提出了基于耦合波导实现锁频锁相的新方法。内外相对论速调管振荡器（RKO）产生的微波信号通过耦合波导泄漏到高频结构中,对电子束进行预调制,从而实现锁频锁相。另外,为实现内外高功率微波通道合成,设计了双通道功率合成器。在振荡器的工作频点,功率合成器能弥补振荡器两输出通道相位差,使得功率合成效率提高,合成效率为98.3%。在二极管电压575 kV,磁场强度0.6 T条件下,内外RKO的微波输出功率分别为2.2 GW和3.2 GW,频率差波动小于20 MHz,相位差稳定在10°附近;加载双通道功率合成器,仿真结果表明,微波输出功率为5.31 GW,功率效率32.2%。结果表明,嵌套器件在互锁状态时,振荡器饱和时间缩短,输出功率增大。     

高功率速调管双管功率合成可行性与技术方案研究

对由两支500kW高功率速调管功率合成得到1MW长脉冲低混杂波(LHCD)微波源的可行性进行了分析,并设计了双管功率合成的方案。在HL-2A装置低杂波实验平台上,利用兆瓦级功率合成器,结合相位反馈技术,对两支高功率速调管、四路250kW进行相干微波功率合成,从而得到1MW LHCD微波。经过可行性分析得到,双管相位偏离15^o时合成效率下降约1.8%,幅度偏差10%时合成效率下降约0.1%。由此可得到双管功率合成技术的具体实施方案。     

Design of Low-Profile Millimeter-Wave Substrate Integrated Waveguide Power Divider/Combiner

A low-profile millimeter-wave substrate integrated waveguide (SIW) power divider/combiner is presented in this paper. The simplified model of this compact SIW power dividing/combining structure has been developed. Analysis based on equivalent circuits gives the design formula for perfect power dividing/combining. In order to verify the validity of the design method, a four-way SIW power divider/combiner circuit operating at Ka band is designed, fabricated and measured. Good agreement between simulated and measured results is found for the proposed passive power divider/combiner. Experiments on the four-way passive divider/combiner back-to-back design demonstrate a minimum overall insertion loss of 1.5 dB at 31.1 GHz, corresponding to a power-combining efficiency of 84%. The measured 10-dB return loss bandwidth is demonstrated to be 2.2 GHz, and its 0.5-dB bandwidth was 2 GHz.     

A novel slotted helix slow-wave structure for high power Ka-band traveling-wave tubes

A novel slotted helix slow-wave structure （SWS） is proposed to develop a high power, wide-bandwidth, and high reliability millimeter-wave traveling-wave tube （TWT）. This novel structure, which has higher heat capacity than a conven- tional helix SWS, evolves from conventional helix SWS with three parallel rows of rectangular slots made in the outside of the helix tape. In this paper, the electromagnetic characteristics and the beam-wave interaction of this novel structure operating in the Ka-band are investigated. From our calculations, when the designed beam voltage and beam current are set to be 18.45 kV and 0.2 A, respectively, this novel circuit can produce over 700-W average output power in a frequency range from 27.5 GHz to 32.5 GHz, and the corresponding conversion efficiency values vary from 19% to 21.3%, and the maximum output power is 787 W at 30 GHz.     

基于CSMRC结构和容性肖特基二极管的220GHz三倍频器

设计了基于容性肖特基二极管的220 GHz非平衡三倍频器。首先对容性肖特基二极管进行测试和关键参数提取,建立了肖特基二极管的等效电路模型,以此为基础进行三倍频电路设计;在倍频电路设计中通过引入紧凑悬置微带谐振单元(CSMRC)滤波结构来减小信号传输损耗;由于三倍频电路设计中难以实现全波阻抗匹配,因此采用了整体电路结构谐波平衡调匹配方法设计倍频电路,最后对制备出的倍频器进行测试和分析;实验测试结果表明:倍频器在213.1~221.6 GHz范围内输出功率大于10 mW,倍频效率大于5%,最高输出功率为18.7 mW@218.6 GHz,最高倍频效率为8.24%@217.9 GHz。     

A Millimeter-wave Power Combining Amplifier Based on a Waveguide-Microstrip E-Plane Dual-probe Four-way Power Combining Network

This paper presents a new millimeter-wave solid-state power combining amplifier, which is based on a waveguide-microstrip E-plane dual-probe four-way power combining network. With a compact structure and an easy fabrication process, this combining network fulfils waveguide-to-microstrip transition and power combining simultaneously, and shows a broad-band low loss performance in Ka-band. With good thermal property, a four-way high power combining amplifier is fabricated. The measured output power is more than 40 dBm in 32–37 GHz, and the highest output power, 15.8 W, occurs at 32 GHz. The corresponding combining efficiency is more than 77% in 32–38 GHz.     

面向5G多波束应用的紧凑宽带Rotman透镜设计

提出了一种基于等光程差原理设计的紧凑宽带Rotman透镜波束赋形网络,用于5G毫米波通信的天线阵列多波束实现。首先,详细介绍了Rotman透镜的基本原理;然后,利用二等分功分器替代传统的单端口馈电模式,产生高定向波束,降低相邻端口处的能量损失以及透镜内部能量的散射;最后利用切比雪夫多枝节匹配变换器,优化原有的锥形阵列输出端口,在保证宽频带的条件下,缩短原有匹配端口尺寸,使得透镜整体尺寸减少20%,实现了Rotman透镜的紧凑性。改进模型的实测结果表明,该透镜工作频带为16.5～33.8 GHz,其中在17.2～32 GHz,S₁₁优于15 dB,扫描角度为±30°。该透镜结构简单紧凑,能够有效地为相邻阵元提供稳定的相位差信号,很好地实现5G毫米波阵列多波束的目标。     

Broadband Analysis of Holographic Power Combining Circuits

Holography is a promising technique for power combining applications in the frequency range of short millimeter and submillimeter waves. In this paper, quasi-optical holographic power combining circuits are investigated. An equivalent network is utilized which rigorously models horn arrays and biperiodic dielectric structures in order to design computer-generated holograms. We apply the network model to a 5-element quasi-optical power combiner and demonstrate its capability. The hologram is designed for 150 GHz and has an efficiency of 92.5 % with a 90 % bandwidth of 5.3 %. With the aid of a broadband waveguide power divider and a vector field measurement system, the circuit is analyzed.