[發明專利]一種新型超寬帶功率合成電路阻抗匹配電路及方法

在審

• 申請號: 202010874263.0
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112019183A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 劉近超;寧曰民;朱偉峰
• 申請（專利權）人: 中電科儀器儀表有限公司
• 主分類號: H03H7/46
• 分類號: H03H7/46;H03H7/38
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 種艷麗

本發明公開了一種新型超寬帶功率合成電路阻抗匹配電路及方法，屬于大功率測量領域。本發明中的匹配電路可滿足現代通信系統超寬帶、大功率與小型化的需求；本發明提出的新型阻抗匹配的方法主要是由高次三角函數和Klopfenstein函數相結合，形成的一種雙漸變的阻抗變換網絡；利用該方法提高了功率的合成效率，實現了超寬帶工作頻率的覆蓋，減小了功率合成的電路的尺寸、提高了空間利用率，該方法對高效率的功率分配/合成技術提供了一種新的匹配方式，進一步提高了阻抗匹配的效率，為實現功率合成電路的超寬帶、小型化提供了一種全新的方案。

技術領域

本發明屬于大功率測量領域，具體涉及一種新型超寬帶功率合成電路阻抗匹配電路及方法。

背景技術

微波毫米波功率放大器是通信系統中不可或缺的重要組成部分，隨著現代通信技術的快速發展，對功率放大器的工作帶寬、輸出功率、工作效率以及結構的小型化、工作的穩定性都提出了更高的要求?；诠Ψ判酒淖陨戆雽w物理特性的影響，以及現當代加工工藝、匹配方式、基板材料等多方面的影響，單片的功放芯片其輸出功率遠遠達不到工程應用的需求。為滿足大功率測試系統、微波毫米波通信系統以及電磁兼容測試系統等大功率的輸出要求，目前普遍采用功率合成技術。信號由功率分配器等幅同相的分配給多個支路，各支路分別進行放大后再由功率合成器進行功率的合成，以達到大功率輸出的目的。

傳統的功率分配/合成技術主要分為兩大類：平面功率分配/合成技術和空間功率分配/合成技術。前者主要是利用微帶傳輸技術進行不同阻抗之間的匹配，后者是利用波導傳輸或者同軸傳輸線進行阻抗變換，進而完成匹配工作。

在功率的分配/合成中阻抗匹配的效率對其影響較大，良好的阻抗匹配能夠實現超寬帶的工作頻段，較低反射功率以及較高的輸出功率等。傳統的匹配方法有LC匹配網絡、短截線匹配、λ/4變換器、多節匹配變換器以及漸變傳輸線等方法。為實現功率合成電路的寬頻帶覆蓋，阻抗匹配方法的方法從λ/4變換器演變到多節匹配變換器，繼續增加匹配節數演化到漸變傳輸線的匹配方法。這些方法在增加工作頻寬的同時也帶來了器件的物理尺寸不斷變大，對功率放大器甚至對整個測試系統的小型化起到了阻礙的作用。但是較短的匹配節又會影響頻帶寬度。因此在小型化與超寬帶之間就存在一個相互矛盾的問題。

如圖1所示，一種利用雙節匹配變換器設計的平面微帶Wilkinson功率分配/合成器示意圖，該合成器為一個兩路等幅同相的Wilkinson功率合成器。該結構為平面三端口網絡，為實現寬帶的功率合成，利用了兩節變換器相連的阻抗匹配方法。該合成器主要由以下幾部分組成：兩個標準50Ω輸入端口1-1和1-2；阻抗匹配網絡1-3；標準50Ω輸出端口1-6。其中1-3是由第一匹配節1-4和第二匹配節1-5，兩個匹配節組成。該匹配方式相比于λ/4匹配變換器提高了工作帶寬，如圖2所示。但是該方法設計的合成電路延長了匹配長度，使得整個電路加長。同時多個匹配節之間利用臺階式連接，信號在該處傳播時會造成一定的傳輸不連續性，從而增大了端口駐波比。

功率分配/合成器阻抗匹配的方式主要是利用λ/4變換器、多節匹配變換器以及漸變傳輸線等方法進行輸入輸出端口的阻抗匹配，為了增加頻帶寬度，采用增加功分支路匹配節數的方法，利用該方法設計的合成電路隨著匹配節數的增多，工作頻段也就得到一定的拓寬。但是功分支路節數的增加就會造成射頻通路的加長，從而帶來較大的插入損耗，較高的插入損耗將直接導致功率合成效率降低。同時多個匹配節之間利用臺階式連接，信號在該處傳播時會造成一定的傳輸不連續性，從而降低了匹配效率。功分支路節數的增多還會造成功率分配/合成器的物理尺寸變大，在空間限制的情況下，無法進行多支節的匹配就很難獲得較好的匹配網絡，進而導致反射功率的增加。較大的反射功率還會引起電路的熱損耗增加，降低了功率合成電路的功率容量。因此，以傳統的匹配方法形成的功率合成電路時，存有頻帶窄、熱損耗高、功率容量小、空間利用率低以及端口駐波不好等問題，不能滿足系統大功率、高效率、小型化的要求。

發明內容