[實用新型]一種平面空間功率分配/合成放大器

無效

• 申請號: 200920195517.5
• 申請日: 2009-09-25
• 公開（公告）號: CN201549576U
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 褚慶昕;嚴君美
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01P5/12
• 分類號: H01P5/12
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李衛東;黃磊

技術領域

本實用新型涉及微波、毫米波功率放大器，具體涉及一種平面空間功率分配/合成放大器。

背景技術

目前，在微波、毫米波功率放大器中，以電子管為基礎制作的放大器可以得到足夠高的功率輸出，但是價格昂貴、體積龐大、需要高電壓供電等缺點限制了它的應用。而以半導體器件為基礎制作的固態功率放大器價格便宜，可靠性高，體積小，重量輕，無需高電壓供電；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超過10瓦，頻率更高時輸出功率更低。通過功率分配/合成電路將多個固態器件的輸出功率合成，就能提高固態功率放大器的輸出功率，滿足系統中對發射功率水平的要求。

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

二進制式功率分配/合成電路設計簡單，易于以平面電路的形式實現。但是，當合成的放大單元增多時，功率分配/合成網絡的體積會隨著增大，網絡上的損耗也隨之增大，使整個電路的合成效率降低。另外，由于要用到四分之一波長的阻抗匹配器，它的帶寬也受到限制。因此，在需要合成多個放大單元時，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分布來完成功率的分配/合成，在放大單元數量增大時其損耗不會隨之增大，保證了合成效率在放大單元較多時不會降低，所以這種形式的功率分配/合成電路得到了很大的發展，成為目前研究的主流方向。例如，于2002年10月30日公開的中國發明專利申請CN1377099A介紹了一種波導內固態功率合成器，它的功率分配/合成過程是由矩形波導內的TE10模式波來完成的：能量從波導口輸入，由波導中并排的漸變鰭線陣列將能量耦合到鰭線中，鰭線陣列相當于接收天線，鰭線的末端用跳線接到微帶阻抗變換器，實現鰭線末端阻抗與放大器輸入阻抗的匹配；然后信號進入放大單元進行信號放大，放大后，合成過程與分配過程對稱；用跳線與鰭線陣列相連，然后通過鰭線陣列將能量耦合成矩形波導的TE10模式輸出。但是，這種空間功率分配/合成的形式涉計到三維結構，對電性能設計和機械結構方面的要求較高，而且不易與其他電路元件集成整裝；所以，對這種形式的平面化研究一直是功率合成技術領域的一個重要方面。

在“Integrated?planar?spatial?power?combiner”(參見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/合成結構。當信號輸入后，經過一個漸變的阻抗變化器，匹配到超寬微帶線，然后分成四路，每路接放大單元(圖中未標出)，放大后經功率分配的逆過程合成輸出。該電路設計簡單，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量增加時，超寬微帶線的線寬會隨之增加，容易激發高次模式波的傳播；而且在放大單元數量增加時，超寬微帶線的特性阻抗會隨之減小，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，各信號通道之間的距離太小，沒有足夠的空間放置放大器芯片及其偏置元件。

實用新型內容

本實用新型的目的是為了克服現有技術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，其通過引入90度的弧形微帶線，將放大器放置在主信號通道的側邊，形成鏈式結構，使得各信號通道之間的距離可以根據實際情況來調整，有足夠的空間來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實現，采用雙層基片實現的結構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。