[發(fā)明專利]一種多路徑向波導(dǎo)功率合成放大器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110278124.2
• 申請(qǐng)日: 2011-09-20
• 公開（公告）號(hào): CN102412434A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 駱新江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01P5/12
• 分類號(hào): H01P5/12;H03F3/60;H03F3/20
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微波毫米波通訊和雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多路徑向波導(dǎo)功率合成放大器，適用于微波毫米波的功率合成放大。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代無(wú)線電通信（如GPS,?WLAN,?SAR,?LMDS,?Bluetooth,?and?PCS）需求的不斷增加，射頻頻譜已經(jīng)擁擠不堪。因此，必須開發(fā)更高的頻譜資源。然而，隨著工作頻率的不斷升高，特別是進(jìn)入微波毫米波頻段后，單個(gè)固態(tài)器件的功率輸出能力卻大大降低，遠(yuǎn)不能滿足通信系統(tǒng)的要求。因此，如果在微波毫米波領(lǐng)域，仍想采用有固態(tài)通信技術(shù)，就必須采用功率合成技術(shù)來(lái)提高系統(tǒng)的功率輸出能力。傳統(tǒng)的平面電路功率合成技術(shù)，由于合成功率有限、合成效率低、工作帶寬窄、散熱差，等一些固有的缺陷己不再適用。要突破固態(tài)通信技術(shù)目前所遇到的這個(gè)技術(shù)瓶頸，開發(fā)優(yōu)良的功率合成器是關(guān)鍵。功率合成器最重要的指標(biāo)就是合成效率。影響合成效率最重要的因素就是插損和各路信號(hào)的幅相不一致性。一般情況下，各支路MMIC放大器芯片會(huì)采用同一廠家同一型號(hào)的單片放大器，它們的振幅和相位差異很小可忽略不計(jì)。當(dāng)不考慮各支路有源器件本身振幅和相位差異時(shí)，那么產(chǎn)生振幅和相位差異的就只是無(wú)源合成網(wǎng)絡(luò)了。所以，無(wú)源合成網(wǎng)絡(luò)（功分器和合成器）的設(shè)計(jì)成為整個(gè)合成放大器設(shè)計(jì)的核心技術(shù)。如果能夠保證合成網(wǎng)絡(luò)各支路傳輸線類型、結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)度相同，那么就可以保證各支路振幅和相位的一致。顯然，對(duì)稱結(jié)構(gòu)的合成網(wǎng)絡(luò)是保證振幅和相位一致性的理想結(jié)構(gòu)。由徑向波導(dǎo)功分器和合成器構(gòu)成的空間功率合成網(wǎng)絡(luò)就是一種高度對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。另外，因徑向波導(dǎo)合成網(wǎng)絡(luò)屬波導(dǎo)傳輸線類型，所以除具有振幅相位一致性優(yōu)點(diǎn)外，還具有插入損耗小，功率容量大和工作帶寬寬等優(yōu)點(diǎn)。因此它具有其它傳統(tǒng)功分/合成電路（如微帶?Wilkson功分器、分支線耦合器等）無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了突破固態(tài)通訊技術(shù)和雷達(dá)技術(shù)，在微波毫米波等高頻率領(lǐng)域，所遇到的單個(gè)固態(tài)功率器件無(wú)法滿足系統(tǒng)要求的技術(shù)瓶頸，提供一種多路徑向波導(dǎo)功率合成放大器。

本發(fā)明包括徑向波導(dǎo)功分器、徑向波導(dǎo)功率合成器和放大器芯片陣列。

所述的徑向波導(dǎo)功分器和徑向波導(dǎo)功率合成器的結(jié)構(gòu)完全相同，具體是：包括側(cè)面金屬壁、上金屬壁、下金屬壁；側(cè)面金屬壁為圓柱形的金屬筒，上金屬壁和下金屬壁為直徑與側(cè)面金屬壁外徑相等的圓形金屬片，上金屬壁和下金屬壁分別固定在側(cè)面金屬壁的兩端，上金屬壁的內(nèi)表面、下金屬壁的內(nèi)表面和側(cè)面金屬壁的內(nèi)側(cè)面圍合成圓柱形的徑向波導(dǎo)腔；上金屬壁外表面的中心固定設(shè)置有SMA接頭，上金屬壁內(nèi)表面的中心設(shè)置有主同軸探針，主同軸探針穿過(guò)上金屬壁與SMA接頭的內(nèi)導(dǎo)體固定連接，所述的主同軸探針為半徑呈階梯變化的圓柱形金屬桿，其中位于徑向波導(dǎo)腔內(nèi)的端部為金屬桿最大直徑的部分；下金屬壁上開有多個(gè)直徑相同的通孔，每個(gè)通孔內(nèi)嵌入直徑相同的圓柱形的介質(zhì)塊，每個(gè)介質(zhì)塊與下金屬壁圓心的距離相同，多個(gè)介質(zhì)塊的中心點(diǎn)圍合成正多邊形；與介質(zhì)塊數(shù)量相同的多個(gè)支路同軸探針穿過(guò)對(duì)應(yīng)的介質(zhì)塊中心設(shè)置，所述的多個(gè)支路同軸探針規(guī)格和形狀相同，均為半徑呈階梯變化的圓柱形金屬桿，其中位于徑向波導(dǎo)腔內(nèi)的端部為金屬桿最大直徑的部分；所述的主同軸探針和支路同軸探針均與徑向波導(dǎo)腔的軸線平行，且主同軸探針位于徑向波導(dǎo)腔的軸線上。主同軸探針和支路同軸探針采用半徑呈階梯變化的圓柱形，可以起到阻抗變換的作用，可有效地展寬工作帶寬，降低反射損耗。

所述的放大器芯片陣列包括一個(gè)正多邊形的金屬柱，金屬柱的側(cè)面數(shù)量與支路同軸探針的數(shù)量相同，金屬柱的每個(gè)側(cè)面的中央位置固定設(shè)置有一個(gè)固態(tài)功率放大器芯片；固態(tài)功率放大器芯片采用成熟的現(xiàn)有產(chǎn)品，直接購(gòu)買即可。

徑向波導(dǎo)功分器和徑向波導(dǎo)功率合成器分別固定在放大器芯片陣列的兩端，徑向波導(dǎo)功分器的每個(gè)支路同軸探針的最小直徑端與放大器芯片陣列上相應(yīng)側(cè)邊上的固態(tài)功率放大器芯片輸入端的微帶線相連接，徑向波導(dǎo)功率合成器上的每個(gè)支路同軸探針的最小直徑端與放大器芯片陣列相應(yīng)側(cè)邊上的固態(tài)功率放大器芯片的輸出端的微帶線相連接。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果：

1、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)屬于同軸和徑向波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，因此工作帶寬較寬，功率容量大；

2、本發(fā)明具有較高的軸對(duì)稱性，因此各支路幅相一致性很高，所以合成效率也很高；

3、被合成的放大器芯片個(gè)數(shù)，只要體積允許是不受限制的，既可為奇數(shù)也可為偶數(shù)，而且個(gè)數(shù)的增加對(duì)合成效率幾乎沒(méi)有影響；

4、各路信號(hào)之間的距離可以調(diào)節(jié)能夠保證有足夠空間放置放大器芯片；

5、有較好的熱沉，便于散熱；