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毫米波亚毫米波与微波相比具有波长短、频带宽、同样口径天线辐射波束细、分辨率高等特性,在通信、雷达、医疗和射电天文等领域都有大量的应用。近年来,随着短毫米波与太赫兹技术的快速发展,对高效稳定且输出功率大的信号源的需求与日俱增。目前工程中常用的信号源分为两类:一类由电真空器件构成,另一类基于固态功率器件组成。半导体固态器件相比电真空器件具有体积小、电源电压低和性能稳定等独有特点,在毫米波系统中得到更广泛的应用。然而,单个固态器件在毫米波频段输出功率低,不能满足实际工程应用的需求。为了满足系统对高功率的需求,通常采用功率合成技术结合多个固态器件来获得高功率输出。传统的功率合成电路结构,如微带形式的功分器、耦合器等,在毫米波波段因其传输损耗大导致合成效率低,已不适用。为此,人们研究并实现了多种新型的功率合成结构,如空间功率合成和准光功率合成。这些新型的功率合成技术相比传统技术的优势主要体现在损耗低和效率高上。本文通过对准光技术进行深入研究,从准光波束在空间聚束传播的角度出发,提出准光波束功率合成技术,它不同于以前的功率合成技术,其技术特点是将空间中传播的多个相干的波束合成一个波束,合成后的波束包含的功率是合成前多个波束功率的叠加。本文提出了几种新型的波束功率合成结构,阐述了合成原理,仿真模拟了功率合成的过程,进行了部分结构的设计加工与实验验证。本论文的主要贡献包括:1.提出并设计了一种由三段曲线组合成轮廓的新型赋形光壁喇叭,仿真及实验测试结果表明其辐射特性具有圆对称性、副瓣低,交叉极化小以及高斯耦合效率高等优点,和波纹喇叭的电性能相当,可以作为一种高效的高斯束辐射器,可代替短毫米波到太赫兹波段加工比较复杂且价格昂贵的波纹喇叭。2.提出一种基于空间波束波导的新型波束功率合成结构,它采用椭球镜及抛物镜组成的空间波束波导系统,将四个等幅同相同极化源喇叭辐射的高斯束变换成同向传播相互靠近的合成波束,经波形变换透镜或者反射阵天线将其变换为高斯束,实现波束合成。对这两种波形变换,仿真结果都显示波束合成效率在70%左右,损耗主要是波束转换效率还不够高,变换后的波束与接收天线未完全匹配。设计加工了此功率合成结构,进行了实验,实测结果与仿真结果存在差距,主要是四个源喇叭天线端口的幅相一致性没有完全实现,各反射镜空间位置存在误差以及波束变换存在功率泄露。3.提出一种基于准光分束器的新型波束功率合成结构,它采用反射镜或透镜实现波束变换,实现空间2个波束参数相同极化正交的波束聚束于准光分束器同一位置上,在准光分束器处一束波束全透射另一束全反射,波束参数相同的透射波和反射波沿同一路径共轴传播实现两个波束到一个波束的合成。这种波束功率合成结构原理简明,可以拓展实现任意整数n个波束的功率合成。系统可全部使用椭球反射镜实现波束变换,损耗很低,仿真结果显示系统合成效率在97%以上。对此波束功率合成结构的实验验证了其良好的合成性能。4.提出一种基于准光和差网络的波束功率合成结构,利用和差网络的和运算原理,将2个入射波束经一个和差网络实现2到1的波束合成;级联和差网络可以实现4个波束到1个波束的合成。仿真结果显示一级和差网络实现2合1的合成效率在95%以上,两级和差网络实现4合1的合成效率在93%以上。这种结构也易拓展,实现2n个波束到1个波束的合成。5.提出并设计了一种前表面为二次曲面后表面为衍射环带的新型折衍射透镜,仿真结果表明其具有良好的汇聚特性、空间分辨率可达0.5°及视场达±100,且实测结果与仿真吻合良好,并作为聚焦成像透镜应用于亚毫米波成像系统中。