毫米波太赫茲準光波束功率合成網絡制造技術

一種毫米波太赫茲準光波束功率合成網絡，包括：高斯束變換模塊、中央帶孔的拋物面反射鏡、雙曲面反射鏡及接收喇叭天線。高斯束變換模塊、橢球面反射鏡、拋物面反射鏡和雙曲面反射鏡在空中擺放的位置按公式計算得到。待合成的功率經高斯束變換模塊成高斯束以波束匯聚的形式傳播至拋物面反射鏡，反射到雙曲面反射鏡最后反射進入接收喇叭天線中，在接收喇叭天線中直接合成大功率信號。利用該波束功率合成結構可輸出高功率的微波毫米波信號，結構簡單、方便調試、以反射面鏡組合實現任意路數的合成，克服了目前毫米波功率合成網絡承受功率小、太赫茲功率合成網絡損耗大的缺點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種利用準光波束方法的毫米波太赫茲多路功率合成技術，用于把N路待合成的(高)功率信號轉換成準光波束，再用準光技術合成一個波導模式或者一個波束，得到更高功率的電磁信號，具體涉及一種毫米波太赫茲準光波束功率合成網絡。
技術介紹
在近年來廣受關注的太赫茲技術研究中，太赫茲源輸出功率小是嚴重限制太赫茲技術推廣應用的關鍵瓶頸，迄今為止研究的各種太赫茲源，不管是固態倍頻源、電真空源還是光電源等，輸出的功率都很小，且10年之內預料也不會有什么突破。因此，提高太赫茲源輸出功率的現實可行的技術途徑就是功率合成。在微波毫米波頻段，功率合成技術已有廣泛深入的研究，這些技術盡管各有差別，但都有一個共同點，就是用波導等傳輸線結構來實現。在太赫茲頻段，波導損耗大，合成的功率大部分都被損耗掉了 ；微帶等傳輸線損耗更大，更不能用于功率合成電路中。準光技術利用聚束波束在空中的傳播，具有比常規傳輸線損耗小很多的優點，用于太赫茲功率合成顯然有優越性。在太赫茲頻段，因為波長很短，準光功率合成結構尺寸也不大。在毫米波頻段，盡管功率合成技術已有大量研究，但其目標都是將很小的功率如毫瓦級的功率合成到瓦級，或把百毫瓦級的功率合成到百瓦級，最終輸出的功率僅到百瓦級。因此，可以采用常規波導或者傳輸線結構。但是，如果要合成的功率單路就在百千瓦級，合成后的功率將達幾百千瓦甚至達兆瓦級，則基于常規波導和傳輸線的功率合成網絡不能承受這么高的功率，一方面是傳輸線尺寸小，功率容量也小；另一方面這些功率合成網絡里有很多不連續性，在這些不連續處極易發生擊穿打火。準光技術中電磁功率通過聚束波束在空間傳播，通過聚焦反射鏡控制波束的傳播，沒有波導的邊壁，也沒有微帶等傳輸線的導帶，不存在易引起打火的不連續性從而限制功率容量的問題。因此，利用準光技術來把多個波束合成一個波束，即把多路功率合成一路功率，具有承受功率高的獨特優點。我們已經提出過利用準光技術把2個波束合成I個波束的技術[楊春、竇文斌，毫米波準光功率合成技術研究，《2009年全國天線年會論文集(下)》]。這個技術要實現多路合成I路，就要經過幾個2合I過程，需占用很大空間，不方便應用。目前，功率合成技術有不同的實現途徑和稱呼，如芯片級合成、電路合成、空間合成和準光合成等。這些稱呼是從功率合成的技術途徑來命名的。為了更清晰地說明功率合成的技術特征，我們從功率合成的網絡拓撲來分類，至于實現特定網絡的物理結構可以是芯片級合成、電路級合成、空間合成或準光合成。這里我們把功率合成的網絡拓撲分為2-1型和N-1型，定義如下:2-1型:這種網絡拓撲的特征是:2合為1，4合為2，8合為4，16合為8，其余類推；示意如附圖說明圖1。這種網絡拓撲的優點是物理結構簡單，有現成的平面功率分配合成結構可用，且已發展得相當成熟。其缺點是合成很多路時需要多級2合1，因此傳輸損耗大，當達到一定路數時，再增加合成的路數也不會增加輸出功率；同時多級2合I實現時占用空間也大。另一缺點是它合成的路數須是2的整數倍，對于調控輸出功率的大小不方便，增加I級輸出功率過大，不增加又不夠。N-1型:這種網絡拓撲的特征是:只須一級就把N路合成I路。對于用準光技術來實現這種網絡拓撲，N選為2的倍數，如4，6，8等；若用波導結構，則N不必是2的倍數。這種網絡拓撲的優點是結構緊湊，損耗小，示意如圖2。本專利技術的獨特之處就在于只須一級就把N個波束合成I個波束(即N路合成I路)。用準光技術實現這種功率合成網絡無疑將是毫米波太赫茲(高)功率合成技術的一大突破。目前，已報道的能實現這種N-1型網絡拓撲的有空間功率合成和準光功率合成技術。如1983年W.Lothar等人提出的注入式準光功率合成方法[Millimeter wavepower combining quasi—optical techniques.1EEE.Trans.0n Microwave TheoryTech, 1983，Vol.MTT-31:189-193]，該方法采用兩路或多路彼此獨立振蕩器的輸出功率，通過介質天線注入到準光腔中進行功率合成。由于注入信號間相位不統一，合成效率不夠理想。2001年由Xin Jiang, Li Liu等人提出的開槽波導空間功率合成結構是一種八路功率合成網絡[Anovel Ka-band I to 8power divider/combiner.1EEE MTT-S MicrowaveSymposium Digest, 2001, 35 -38],波導到微帶的良好過渡減小了回波損耗,利用銷釘作并聯電感電納，調節阻抗匹配；這種結構易于加工，外形小并且具有較高的合成效率，不足的是不易調節且很難拓展應用。東南大學陳明勇，竇文斌在Ka波段設計了一種徑向功率合成網絡[Ka波段徑向波導功率合成網絡，電波科學學報，2010,25(4):745-748]，這種結構需要被合成的各通道與合成網絡連接后統一調試，各通道不能單獨調試。在這個技術基礎之上，又發展出星形功率合成網絡[Xiang Bo, Dou Wenbin, A Ka Band SpatialSix-way Power Divider/Combiner, 201IChina-Japan Joint Microwave ConferenceProceedings, 2011，440-442]，這個網絡將徑向波導轉換到多個矩形波導，解決了徑向波導合成網絡各通道單獨調試不方便的困難。這些功率合成結構都不能承受百千瓦級以上的功率。利用高斯波束傳播高功率微波能量主要有兩種形式，一是利用單天線，將高斯波束束腰的位置放置在發射天線口面，以最大功率來發射；二是利用大面積聚焦陣列天線合成技術，將高斯束腰置于目標區發射功率。一般高斯波束傳輸的能量都很高，在傳輸路徑上需要注意避免發生大氣擊穿。設在高斯波束束腰處的主模電場為:本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種毫米波太赫茲準光波束功率合成網絡，其特征在于包括N個高斯束變換模塊(1)、雙曲面反射鏡(2)、拋物面反射鏡(3)、接收喇叭(4)，N=2，4，6，8…；N個高斯束變換模塊位于一圓周C1上且均勻分布，雙曲面反射鏡(2)放置在N個高斯束變換模塊所在圓周C1的中央的下方，拋物面反射鏡(3)放置在雙曲面反射鏡(2)的下方，中央留一孔，拋物面反射鏡(3)與雙曲面反射鏡(2)共軸，接收喇叭(4)置于拋物面反射鏡(3)中央孔的下方，整個系統結構呈旋轉對稱性。

【技術特征摘要】
1.一種毫米波太赫茲準光波束功率合成網絡，其特征在于包括N個高斯束變換模塊(I)、雙曲面反射鏡(2)、拋物面反射鏡(3)、接收喇叭(4)，N=2，4，6，8...#個高斯束變換模塊位于一圓周Cl上且均勻分布，雙曲面反射鏡(2)放置在N個高斯束變換模塊所在圓周Cl的中央的下方，拋物面反射鏡(3)放置在雙曲面反射鏡(2)的下方，中央留一孔，拋物面反射鏡(3)與雙曲面反射鏡(2)共軸，接收喇叭(4)置于拋物面反射鏡(3)中央孔的下方，整個系統結構呈旋轉對稱性。2.根據權利要求1所述的一種毫米波太赫茲準光波束功率合成網絡，其特征在于頻率信號源經高斯束變換模塊(I)輻射出匯聚的高斯束，由高斯束攜帶的功...

【專利技術屬性】
技術研發人員：竇文斌，王龍，玄倩倩，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：