[發明專利]一種射頻電源的DSPSL大功率合路器

在審

• 申請號: 202011239925.3
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112531311A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 陳浩;胡瑯;姚龍;馬聰偉
• 申請（專利權）人: 季華實驗室
• 主分類號: H01P5/12
• 分類號: H01P5/12
• 代理公司: 佛山市海融科創知識產權代理事務所(普通合伙) 44377
• 代理人: 陳志超;唐敏珊

本發明提供了一種射頻電源的DSPSL大功率合路器，包括介質板、設置在介質板上表面的頂層導電帶線、以及設置在介質板下表面的底層導電帶線，頂層導電帶線和底層導電帶線平行且正對設置；所述頂層導電帶線和底層導電帶線均包括至少一組一級合成單元；所述一級合成單元包括對稱設置的第一帶線和第二帶線，還包括一個第一輸出端口；所述第一帶線和第二帶線的第一端分別為第一輸入端口和第二輸入端口，第二端均在第一相交點處與所述第一輸出端口連接；所述第一帶線、第二帶線和第一輸出端口的寬度相等；所述第一帶線和第二帶線的長度均為工作頻率對應波長的四分之一；該合路器功率容量較高、阻抗較高且抗干擾能力較強，對輸入端信號的要求較低。

技術領域

本發明涉及功率合成技術領域，尤其涉及一種射頻電源的DSPSL大功率合路器。

背景技術

信號傳輸需要一定的介質和載體，而傳輸線是用來傳輸電磁能量和信息的線路，可以使載有信息的電磁波，沿著傳輸線規定的路徑，將電磁能從能量源頭傳輸到負載端。取決于不同的應用場景和電磁環境，傳輸線的形態也各不相同。如在音頻應用下的雙絞線，射頻微波領域下的微帶傳輸、波導管傳輸，光信號的光纖傳輸等等。

在低頻應用下，能量的傳遞可以通過兩根平行的導線就可以實現。當頻率升高時，波長降低，當波長與平行傳輸線間距相當時，會向外產生能量輻射，傳輸效率隨之降低，損耗增大。因此在射頻微波領域，常用同軸傳輸線代替，能量被束縛在同軸內外導體之間進行傳輸。但同軸傳輸線難以集成，一般只在功率輸入輸出口，無法利用其進行功率合成的設計，且但需求功率較高時，由同軸線纜的特性可知，需要內外導體的尺寸較大，不利用小型化。

差分線是傳輸線的一種形式，與單端線相比，差分傳輸在兩根線上都傳輸信號，這兩個信號的振幅相等，相位相反。在這兩根線上的傳輸的信號就是差分信號。差分走線必須是等長、等寬、緊密靠近、且在同一層面的兩根線，以保證幅度一致。差分信號線具有單端線不具備的優點：

1、抗干擾能力強。干擾噪聲一般會等幅、反相的被加載到兩根信號線上，而其差值為零，即噪聲對信號的影響大大降低。

2、能有效抑制電磁干擾(EMI)。由于兩根線靠得很近且信號幅值相等，這兩根線與地線之間的耦合電磁場的幅值也相等，同時他們的信號極性相反，其電磁場將相互抵消，對外界的電磁干擾相應減小。

在射頻電源產品中，往往需要輸出千瓦級別的射頻功率，但現有的固態器件的功率密度往往達不到這么高的功率，因此往往需要多路信號進行放大，并在射頻電源的最終輸出端進行功率合成，以達到所需功率。

傳統的功率合成一般使用Wilkinson功分器，將兩路或者多路信號最終合成單端信號在微帶線上傳輸。其缺點在于采用了單端微帶線，從而導致：

1）功率容量有限，不足以在合成功率較高的場景使用；

2）單端微帶線的阻抗與其寬度成比例，寬度越寬，阻抗越??；為實現高阻抗，則微帶線的寬度必須做窄，對加工和制作要求很高，且隨著帶線越來越窄，阻抗很難再提高；

3）對合路器的輸入端信號的要求高，當輸入信號幅度不一致或者具有相位差時，合成效率會降低，并在平衡電阻上消耗多余的功率。

雙面平行帶線（DSPSL）是一種用以傳輸差分信號的載體，其結構可參考圖4，在厚為h，介電常數為的介質板，上下表面制作平行且正對一致的導電帶線。其電場分布如圖5所示，與微帶線的電場分布很相似，因此DSPSL能很好的與微帶線集成過渡。當信號傳輸時，DSPSL一層帶線的電壓為正，另一層帶線的電壓為負，根據鏡像理論，介質板中間的電壓為0，即介質板的中間平面相當于虛擬地將DSPSL分割成相同的背靠背的微帶線。因此，在其他條件相同下，當DSPSL的厚度是微帶線的兩倍時（即當單層金屬帶的厚度與微帶線的厚度相同時，DSPSL的兩層金屬帶的總厚度相當于微帶線厚度的兩倍），它的阻抗也為微帶線的兩倍，其可傳輸的信號頻帶范圍比微帶線更寬（阻抗越大，則可傳輸的功率容量越大）。因此，若能夠把DSPSL應用于功率合路器中，將可大大地提高功率容量、阻抗，并可提高抗干擾能力，降低對合路器的輸入端信號的要求。