[發明專利]寬帶空氣微帶高隔離徑向功率合成放大器

有效

• 申請號: 201110339171.3
• 申請日: 2011-10-31
• 公開（公告）號: CN102509840A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 褚慶昕;龔志;康智勇
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01P5/16
• 分類號: H01P5/16;H03F3/60
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

技術領域

本發明涉及用于微波和毫米波頻段的功率合成技術，尤其涉及一種寬帶空氣微帶結構的高隔離度(端口之間的耦合系數小于-20dB以下可稱為高隔離度)的徑向功率合成放大器。

背景技術

在微波高端和毫米波頻段，隨著頻率的提高，半導體固態器件的尺寸減小、功率容量下降、單個器件的輸出功率難以滿足通信電子系統需求，人們提出了將多個固態器件的功率合成的方式來實現大功率固態功率器件。功率合成網絡的性質直接決定了合成放大器的性質，因此功率合成技術的關鍵是功率合成網絡的性質，研究的重心是探索哪種合成網絡拓撲結構可以實現最大效率的寬帶大數目的功率合成。

在各種功率合成網絡拓撲結構中，徑向功率分配/合成器一直是人們的關注熱點，各種徑向結構被提出并應用于功率合成技術中。徑向功率分配/合成器的起源可以追溯到上世紀六十年代威爾金森提出的N路功分器，后來該功分器以其名字命名，并被廣泛使用。徑向功率分配/合成器往往是通過圓對稱傳輸線(如同軸線)在一個圓盤結構的中心饋入輸入信號，然后在圓盤結構的周圍引出多個輸出端口。圓盤結構和輸出端口的形式有很多種，整體來說有諧振型結構和非諧振型結構，前者的圓盤結構為一封閉腔體，后者則為開放式結構。

徑向功率分配/合成器的最大優點是可以一次性完成大數目的功率分配/合成，插入損耗基本不受合成路數的影響，因此該結構特別適合于大數目的功率合成放大器。同時徑向功率分配/合成器在結構上的對稱性保證了功率分配在幅度和相位上的一致。在毫米波波段，徑向功率分配結構需要既保證很小的插入損耗，同時又能抑制高次模式。這些性能的實現在一些專利中已經提到一些方法，如專利US4673899采用純波導結構保證小插入損耗，同時在徑向波導表面開槽實現高次模式抑制；專利US4926145也是采取波導結構，在輸入同軸線和徑向波導表面均開槽，在槽表面覆蓋吸波材料實現高次模式抑制。

不過，以往結構中都沒有實現能應用于毫米波波段的輸出端口匹配且隔離的徑向功率分配/合成器。而端口匹配且隔離的功率分配/合成器中間的有源器件單元相互獨立，可以有效避免合成放大器自激等問題。同時，高隔離分配器也會使得合成放大器的失效特性良好，即當存在有源器件單元損毀時，其余單元仍可以正常工作，輸出功率只會按一個可預測的比例掉落。因此有必要研究一種能應用于毫米波波段，可實現多路、寬帶、高效率的輸出端口匹配且隔離的徑向功率合成放大器。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的缺點與不足，提供了一種寬帶空氣微帶高隔離徑向功率合成放大器，該結構通過一分多路、單模工作、寬帶、低損耗、高隔離的徑向功率分配/合成器來實現。利用該寬帶空氣微帶高隔離徑向功率分配/合成器，進而在毫米波高端和微波波段實現多路、寬帶、高效率的功率合成放大器。

為了達到上述目的，本發明是通過下述技術方案予以實現：一種寬帶空氣微帶高隔離徑向功率合成放大器，其特征在于：由兩個寬帶空氣微帶高隔離徑向功率分配/合成器和至少一個功率放大器模塊構成；所述寬帶空氣微帶高隔離徑向功率分配/合成器包括輸入波導、輸入波導與徑向波導之間的同軸過渡結構、徑向波導、徑向空氣微帶線，以及至少一個輸出波導；所述徑向波導在其中心位置通過同軸探針過渡結構與輸入波導進行連接；所述徑向波導的周圍連接有徑向分布的空氣微帶線，相鄰空氣微帶線之間貼有薄膜電阻片；所述每條空氣微帶線分別連接一個輸出波導；

所述兩個寬帶空氣微帶高隔離徑向功率分配/合成器和至少一個功率放大器模塊按如下方式連接：其中一個寬帶空氣微帶高隔離徑向功率分配/合成器作為功率分配器，另一個寬帶空氣微帶高隔離徑向功率分配/合成器作為功率合成器，所述功率合成器在結構形式上與功率分配器一致，其應用方式與功率分配器相反；外部輸入連接所述功率分配器的輸入波導，所述功率分配器的每個輸出波導連接一個功率放大器模塊的輸入口，該功率放大器模塊的輸出口對應連接功率合成器的一個輸出波導，功率合成器的輸入波導作為寬帶空氣微帶高隔離徑向功率合成放大器的輸出口。由于功率合成器與功率分配器應用方式相反，上述方案中的功率合成器的每個輸出波導作為寬帶空氣微帶高隔離徑向功率合成器的輸入。

更進一步地說，所述徑向空氣微帶線的導帶的形成方式是在平整導體上以開槽的方式形成的；空氣微帶線的導帶呈徑向擴大形狀。