[發明專利]一種多路徑向波導功率合成放大器

無效

• 申請號: 201110278124.2
• 申請日: 2011-09-20
• 公開（公告）號: CN102412434A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 駱新江
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01P5/12
• 分類號: H01P5/12;H03F3/60;H03F3/20
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于微波毫米波通訊和雷達技術領域，涉及一種多路徑向波導功率合成放大器，適用于微波毫米波的功率合成放大。

背景技術

隨著現代無線電通信（如GPS,?WLAN,?SAR,?LMDS,?Bluetooth,?and?PCS）需求的不斷增加，射頻頻譜已經擁擠不堪。因此，必須開發更高的頻譜資源。然而，隨著工作頻率的不斷升高，特別是進入微波毫米波頻段后，單個固態器件的功率輸出能力卻大大降低，遠不能滿足通信系統的要求。因此，如果在微波毫米波領域，仍想采用有固態通信技術，就必須采用功率合成技術來提高系統的功率輸出能力。傳統的平面電路功率合成技術，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。要突破固態通信技術目前所遇到的這個技術瓶頸，開發優良的功率合成器是關鍵。功率合成器最重要的指標就是合成效率。影響合成效率最重要的因素就是插損和各路信號的幅相不一致性。一般情況下，各支路MMIC放大器芯片會采用同一廠家同一型號的單片放大器，它們的振幅和相位差異很小可忽略不計。當不考慮各支路有源器件本身振幅和相位差異時，那么產生振幅和相位差異的就只是無源合成網絡了。所以，無源合成網絡（功分器和合成器）的設計成為整個合成放大器設計的核心技術。如果能夠保證合成網絡各支路傳輸線類型、結構和長度相同，那么就可以保證各支路振幅和相位的一致。顯然，對稱結構的合成網絡是保證振幅和相位一致性的理想結構。由徑向波導功分器和合成器構成的空間功率合成網絡就是一種高度對稱的結構。另外，因徑向波導合成網絡屬波導傳輸線類型，所以除具有振幅相位一致性優點外，還具有插入損耗小，功率容量大和工作帶寬寬等優點。因此它具有其它傳統功分/合成電路（如微帶?Wilkson功分器、分支線耦合器等）無法比擬的優點。

發明內容

本發明的目的是為了突破固態通訊技術和雷達技術，在微波毫米波等高頻率領域，所遇到的單個固態功率器件無法滿足系統要求的技術瓶頸，提供一種多路徑向波導功率合成放大器。

本發明包括徑向波導功分器、徑向波導功率合成器和放大器芯片陣列。

所述的徑向波導功分器和徑向波導功率合成器的結構完全相同，具體是：包括側面金屬壁、上金屬壁、下金屬壁；側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面金屬壁的兩端，上金屬壁的內表面、下金屬壁的內表面和側面金屬壁的內側面圍合成圓柱形的徑向波導腔；上金屬壁外表面的中心固定設置有SMA接頭，上金屬壁內表面的中心設置有主同軸探針，主同軸探針穿過上金屬壁與SMA接頭的內導體固定連接，所述的主同軸探針為半徑呈階梯變化的圓柱形金屬桿，其中位于徑向波導腔內的端部為金屬桿最大直徑的部分；下金屬壁上開有多個直徑相同的通孔，每個通孔內嵌入直徑相同的圓柱形的介質塊，每個介質塊與下金屬壁圓心的距離相同，多個介質塊的中心點圍合成正多邊形；與介質塊數量相同的多個支路同軸探針穿過對應的介質塊中心設置，所述的多個支路同軸探針規格和形狀相同，均為半徑呈階梯變化的圓柱形金屬桿，其中位于徑向波導腔內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腔的軸線平行，且主同軸探針位于徑向波導腔的軸線上。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正多邊形的金屬柱，金屬柱的側面數量與支路同軸探針的數量相同，金屬柱的每個側面的中央位置固定設置有一個固態功率放大器芯片；固態功率放大器芯片采用成熟的現有產品，直接購買即可。

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

本發明相對于現有技術具有如下優點和效果：

1、本發明的結構屬于同軸和徑向波導結構，因此工作帶寬較寬，功率容量大；

2、本發明具有較高的軸對稱性，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數，只要體積允許是不受限制的，既可為奇數也可為偶數，而且個數的增加對合成效率幾乎沒有影響；

4、各路信號之間的距離可以調節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；