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基于SIW的三路零相位功率分配合成器
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2017-11-14
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1 引言
近年来，介质集成波导（SIW）技术被提出并且迅速发展。作为一种新型的传输线结构，它综合了传统矩形波导和微带线的一系列优点：和传统的矩形波导一样，SIW具有较高的品质因数和很小的辐射损耗；和微带线一样具有体积小、重量轻、容易加工和集成等优点。从工作原理上看，能够用普通波导实现的结构也都可以用SIW来实现，比如滤波器、天线、微带到波导的过渡、耦合器、功分器等。
功率分配/合成器是一种重要的微波毫米波元件。在多普勒体制的和差三路式单脉冲雷达中，各路混频器所需要的本振功率通常用一个三等分功分器从雷达频率合成器上获得。设计功分器最常用的方法是采用树状结构，先把输人信号分成两路，然后每路又分成两路。这种结构分的路数需满足2*N （N= 1， 2.。.），如要分成3路，则必须先分成4路，其中一路用匹配负载吸收。这种方法不但白白耗费了一路能量，而且由于其它3路负载与吸收支路匹配负载并不完全一样，因而其平衡度也不理想。另一种方法是先用一个功率比为1:2的功分器，然后在功率输出较大的一路接一个二等分功分器。这样既可以做到等分功率，又可以避免不必要的吸收，但在电路中，实现满意的1:2功率分配并不容易。本文采用基于SIW的三路零相位功率分配/合成器设计，可以克服上述困难，并且它的驻波比小，插入损耗小，不平衡度小，各路间隔离度高。
2 理论分析
2.1 SIW的原理
SIW的原理是在微波毫米波介质基片上制作两排周期性金属化通孔，这样在上下金属面和两排金属化通孔之间就形成了一个类似于矩形金属波导的集成导波结构，如图1所示。当金属化通孔之间的间距满足一定条件时，电磁场被限制在导波结构内，而且传输类似于普通矩形金属波导内的模式。
图1 介质集成波导（SIW）
由于介质集成波导中的TE10模与传统矩形波导中的TE10模非常相似，因此我们可以利用传统矩形波导和介质集成波导的等效关系来确定介质集成波导的最初几何尺寸。
近年来，介质集成波导（SIW）技术被提出并且迅速发展。作为一种新型的传输线结构，它综合了传统矩形波导和微带线的一系列优点：和传统的矩形波导一样，SIW具有较高的品质因数和很小的辐射损耗；和微带线一样具有体积小、重量轻、容易加工和集成等优点。从工作原理上看，能够用普通波导实现的结构也都可以用SIW来实现，比如滤波器、天线、微带到波导的过渡、耦合器、功分器等。
功率分配/合成器是一种重要的微波毫米波元件。在多普勒体制的和差三路式单脉冲雷达中，各路混频器所需要的本振功率通常用一个三等分功分器从雷达频率合成器上获得。设计功分器最常用的方法是采用树状结构，先把输人信号分成两路，然后每路又分成两路。这种结构分的路数需满足2*N （N= 1， 2.。.），如要分成3路，则必须先分成4路，其中一路用匹配负载吸收。这种方法不但白白耗费了一路能量，而且由于其它3路负载与吸收支路匹配负载并不完全一样，因而其平衡度也不理想。另一种方法是先用一个功率比为1:2的功分器，然后在功率输出较大的一路接一个二等分功分器。这样既可以做到等分功率，又可以避免不必要的吸收，但在电路中，实现满意的1:2功率分配并不容易。本文采用基于SIW的三路零相位功率分配/合成器设计，可以克服上述困难，并且它的驻波比小，插入损耗小，不平衡度小，各路间隔离度高。
2 理论分析
2.1 SIW的原理
SIW的原理是在微波毫米波介质基片上制作两排周期性金属化通孔，这样在上下金属面和两排金属化通孔之间就形成了一个类似于矩形金属波导的集成导波结构，如图1所示。当金属化通孔之间的间距满足一定条件时，电磁场被限制在导波结构内，而且传输类似于普通矩形金属波导内的模式。
图1 介质集成波导（SIW）
由于介质集成波导中的TE10模与传统矩形波导中的TE10模非常相似，因此我们可以利用传统矩形波导和介质集成波导的等效关系来确定介质集成波导的最初几何尺寸。
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