[發(fā)明專利]平面空間功率分配/合成放大器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910192709.5
• 申請(qǐng)日: 2009-09-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101662061A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-03-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 褚慶昕;嚴(yán)君美
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01P5/12
• 分類號(hào): H01P5/12
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 李衛(wèi)東;黃 磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微波、毫米波功率放大器，具體涉及平面空間功率分配/合成放大器。

背景技術(shù)

目前，在微波、毫米波功率放大器中，以電子管為基礎(chǔ)制作的放大器可以得到足夠高的功率輸出，但是價(jià)格昂貴、體積龐大、需要高電壓供電等缺點(diǎn)限制了它的應(yīng)用。而以半導(dǎo)體器件為基礎(chǔ)制作的固態(tài)功率放大器價(jià)格便宜，可靠性高，體積小，重量輕，無(wú)需高電壓供電；但是它的功率處理能力有限，在毫米波波段能夠輸出的功率一般不會(huì)超過(guò)10瓦，頻率更高時(shí)輸出功率更低。通過(guò)功率分配/合成電路將多個(gè)固態(tài)器件的輸出功率合成，就能提高固態(tài)功率放大器的輸出功率，滿足系統(tǒng)中對(duì)發(fā)射功率水平的要求。

功率分配/合成電路可以分為二進(jìn)制式功率分配/合成電路(見(jiàn)圖1)、空間功率分配/合成電路(見(jiàn)圖2)以及以上兩種形式的復(fù)合形式。圖1所示的形式是以一分二的功分器作為基礎(chǔ)，所以稱為二進(jìn)制式；圖1中的三角形表示放大單元，功率輸入后被分成多路，每路分別進(jìn)行放大，然后在合成網(wǎng)絡(luò)中合成，合成是分配的逆過(guò)程。圖2所示的形式一般以特定空間的場(chǎng)分布來(lái)完成功率的分配/合成，所以稱為空間功率分配/合成。

二進(jìn)制式功率分配/合成電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于以平面電路的形式實(shí)現(xiàn)。但是，當(dāng)合成的放大單元增多時(shí)，功率分配/合成網(wǎng)絡(luò)的體積會(huì)隨著增大，網(wǎng)絡(luò)上的損耗也隨之增大，使整個(gè)電路的合成效率降低。另外，由于要用到四分之一波長(zhǎng)的阻抗匹配器，它的帶寬也受到限制。因此，在需要合成多個(gè)放大單元時(shí)，一般不采用這種形式的功率分配/合成電路。

空間功率分配/合成的形式利用特定空間的場(chǎng)分布來(lái)完成功率的分配/合成，在放大單元數(shù)量增大時(shí)其損耗不會(huì)隨之增大，保證了合成效率在放大單元較多時(shí)不會(huì)降低，所以這種形式的功率分配/合成電路得到了很大的發(fā)展，成為目前研究的主流方向。例如，于2002年10月30日公開(kāi)的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN1377099A介紹了一種波導(dǎo)內(nèi)固態(tài)功率合成器，它的功率分配/合成過(guò)程是由矩形波導(dǎo)內(nèi)的TE10模式波來(lái)完成的：能量從波導(dǎo)口輸入，由波導(dǎo)中并排的漸變鰭線陣列將能量耦合到鰭線中，鰭線陣列相當(dāng)于接收天線，鰭線的末端用跳線接到微帶阻抗變換器，實(shí)現(xiàn)鰭線末端阻抗與放大器輸入阻抗的匹配；然后信號(hào)進(jìn)入放大單元進(jìn)行信號(hào)放大，放大后，合成過(guò)程與分配過(guò)程對(duì)稱；用跳線與鰭線陣列相連，然后通過(guò)鰭線陣列將能量耦合成矩形波導(dǎo)的TE10模式輸出。但是，這種空間功率分配/合成的形式涉計(jì)到三維結(jié)構(gòu)，對(duì)電性能設(shè)計(jì)和機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的要求較高，而且不易與其他電路元件集成整裝；所以，對(duì)這種形式的平面化研究一直是功率合成技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要方面。

在“Integrated?planar?spatial?power?combiner”(參見(jiàn)L.Li?and?K.Wu在IEEE?Trans.Microw.Theory?Tech.Vol.54，No.4，pp.1470-1476，April?2006)一文中，提出了如圖3所示的平面空間功率分配/合成結(jié)構(gòu)。當(dāng)信號(hào)輸入后，經(jīng)過(guò)一個(gè)漸變的阻抗變化器，匹配到超寬微帶線，然后分成四路，每路接放大單元(圖中未標(biāo)出)，放大后經(jīng)功率分配的逆過(guò)程合成輸出。該電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，加工方便，易與其他電路元件集成，有很寬的帶寬。但是，該電路在放大單元數(shù)量增加時(shí)，超寬微帶線的線寬會(huì)隨之增加，容易激發(fā)高次模式波的傳播；而且在放大單元數(shù)量增加時(shí)，超寬微帶線的特性阻抗會(huì)隨之減小，這增加了輸入微帶線與超寬微帶線之間特性阻抗的差值，不利于他們之間的匹配。另外，各信號(hào)通道之間的距離太小，沒(méi)有足夠的空間放置放大器芯片及其偏置元件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺陷與不足，提供一種平面空間功率分配/合成放大器，其通過(guò)引入90度的弧形微帶線，將放大器放置在主信號(hào)通道的側(cè)邊，形成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，使得各信號(hào)通道之間的距離可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)調(diào)整，有足夠的空間來(lái)放置放大器芯片和其他偏置元件。它可以采用單層或雙層基片來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用雙層基片實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)在幾乎不增加電路體積的情況下能將功率分配/合成的路數(shù)提高一倍，從而可以集成更多的放大器單元，得到更大的輸出功率。