波束调控准光功率合成研究

波束调控准光功率合成研究

随着毫米波技术向着频率更高的短毫米波波段和亚毫米波波段的不断发展,高功率源成为决定毫米波系统性能的关键部件。虽然电真空器件已经在毫米波段有较大的连续波输出功率,但是却存在着体积大、笨重、辅助设备庞大、成本高等不足,在要求小型化、轻型化的航空航天等领域不好应用。因此,小型紧凑的固态高功率源在航空航天等领域具有真空源难以替代的优势。

然而,由于固态器件自身的物理特性,其输出功率随着工作频率的升高而减小,这导致单一固态器件无法提供满足毫米波系统所要求的输出功率。为了利用固态器件紧凑简单、体积轻小的优点,我们必须通过功率合成技术来让固态器件在毫米波波段提供较高的输出功率以满足系统应用的要求。目前而言,功率合成技术主要分为两大类:电路功率合成技术与空间功率合成技术。

由于在短毫米波波段及亚毫米波波段,相应的规则金属波导(如矩形波导、圆波导)、微带线等传统导波系统都存在尺寸小、功率容量低、损耗大、难加工和价格贵等缺点和不足,这导致采用传输线方式的电路功率合成技术在太赫兹波段无法应用。而毫米波准光技术则是利用电磁波可以在空间无损耗地聚束传播这一特性,不仅损耗低、功率容量高,而且能够多极化、多波束工作,在短毫米波波段及太赫兹波段(传统上的亚毫米波波段)具有显著优势。本论文在实验室前期4路合成和8路合成的研究基础上,设计了两种12路准光功率合成系统,并设计了相应的光壁赋形匹配转化模块,其中在合成系统中心为椭球面结构的功率合成系统中,通过优化结构参数,合成系统的出射波束合成效率达到78.42%,中心波束占出射波束的能量为95%,中心波束与高斯主模的耦合效率为98.56%,功率合成系统最终辐射主模高斯束的效率为73.43%。