CN102386471A - 一种基于矩形波导双层多路功率合成放大器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于矩形波导双层多路功率合成放大器。本发明包括功分器、合成器和放大器芯片阵列，放大器芯片阵列夹在功分器与合成器之间，放大器芯片阵列包括一金属条和一组固定在金属条上的固态功率放大器芯片。功分器和合成器的结构相同，均包括两个长方体金属块，上金属块的底面开有底面矩形波导槽，下金属块的顶面开有顶面矩形波导槽，底面矩形波导槽和顶面矩形波导槽合成矩形波导腔，同轴线的一端伸入支路波导腔内。每个固态功率放大器芯片的输入端通过微带线与功分器对应的同轴线的另一端连接，输出端与合成器对应的同轴线的另一端连接。本发明具有合成效率高、功率容量大、工作带宽宽、散热性能好等优点。

Description

一种基于矩形波导双层多路功率合成放大器

技术领域

本发明属于微波毫米波通讯和雷达应用技术领域，涉及一种基于矩形波导双层多路功率合成放大器。

背景技术

随着现代无线电通信（如GPS, WLAN, SAR, LMDS, Bluetooth, and PCS）需求的不断增加，射频频谱已经拥挤不堪。因此，必须开发更高的频谱资源。另外，高频通讯还具有低频通讯所没有的特点，如信息容量大、速度快、分辨率高等。然而，随着工作频率的不断升高，特别是进入微波毫米波频段后，单个固态器件的功率输出能力却大大降低，远不能满足通信系统的要求。因此，如果在微波毫米波领域，仍想采用有固态通信技术，就必须采用功率合成技术来提高系统的功率输出能力。传统的平面电路功率合成技术，由于合成功率有限、合成效率低、工作带宽窄、散热差等一些固有缺陷，己不再适用。因此发展具有大功率容量、宽带宽、散热良好的、高合成效率的新型功率合成技术，就成为固态通讯技术向微波毫米波等高频领域发展的关键技术。波导和同轴都属于功率容量大、工作带宽宽、传输损耗小的传输线类型，被广泛应用于微波毫米波领域中，因此基于波导和同轴结构去开发新型的功率合成器成为设计者的首选。本发明就是基于波导和同轴结构而开发的一种多路功率合成放大器。

发明内容

本发明的目的是为了突破固态通讯技术和雷达技术，在微波毫米波等高频率领域，所遇到的单个固态功率器件无法满足系统要求的技术瓶颈，提供一种合成效率高，功率容量大、工作带宽宽、散热性能好的基于矩形波导双层多路功率合成放大器。

本发明包括功分器、合成器和放大器芯片阵列。两个放大器芯片阵列平行夹在功分器与合成器之间。

放大器芯片阵列包括一金属条和一组固定在金属条上的固态功率放大器芯片，且各固态功率放大器芯片沿金属条的中心线排列。固态功率放大器芯片采用成熟的现有产品，直接购买即可。

功分器和合成器的结构相同，具体是： 

包括形状和大小相同的两个长方体金属块，分别为上金属块和下金属块，上金属块的底面开有底面矩形波导槽，底面矩形波导槽的宽度为工作波长对应的标准矩形波导的宽度、深度为工作波长对应的标准矩形波导的长度的一半；所述的底面矩形波导槽包括主路波导槽、分路波导槽和支路波导槽，主路波导槽与金属条垂直，主路波导槽的一端开口于上金属块一个侧壁和底面交汇处的中间位置；主路波导槽的另一端与两条形状相同的分路波导槽的一端连通，分路波导槽为L形，与主路波导槽连接部分的分路波导槽垂直于主路波导槽；每条分路波导槽的另一端与对应的各支路波导槽的中心连通，与支路波导槽连接部分的分路波导槽垂直于支路波导槽；对应每条支路波导槽的两个端面位置插入同轴线，同轴线的一端伸入支路波导槽内，且同轴线的轴线与相邻支路波导槽端面的距离为工作波长的四分之一；下金属块的顶面开有与底面矩形波导槽位置和形状相同的顶面矩形波导槽，且按照上金属块所述方法设置有同轴线，上金属块和下金属块固定连接后，底面矩形波导槽和顶面矩形波导槽合成矩形波导腔。

功分器、放大器芯片阵列和合成器固定连接，每个固态功率放大器芯片的输入端通过微带线与功分器上对应的同轴线的另一端连接，每个固态功率放大器芯片的输出端与合成器上对应的同轴线的另一端连接。

本发明相对于现有技术具有如下优点和效果：

1、本发明的结构属于波导和同轴结构，因此功率容量大、损耗小，工作带宽宽；

2、本发明对称性较好，各支路幅相一致性很高，损耗较小，故合成效率很高；

3、本发明充分利用了垂直空间缩小了横向尺寸；

4、各路信号之间的距离可以灵活调节，能够保证足够大空间来放置放大器芯片；

5、有较好的热沉，便于散热。

附图说明

图1为本发明的横截面结构示意图；

图2为本发明的纵截面结构示意图。

具体实施方式

如图1和2所示，一种基于矩形波导双层多路功率合成放大器包括功分器1、合成器2和放大器芯片阵列。两个放大器芯片阵列平行夹在功分器1与合成器2之间。

放大器芯片阵列包括一金属条3和一组固定在金属条3上的固态功率放大器芯片6，且各固态功率放大器芯片6沿金属条3的中心线排列。

功分器1和合成器2的结构相同，具体是： 

包括形状和大小相同的两个长方体金属块，分别为上金属块和下金属块，上金属块的底面开有底面矩形波导槽，底面矩形波导槽的宽度为工作波长对应的标准矩形波导的宽度、深度为工作波长对应的标准矩形波导的长度的一半。底面矩形波导槽包括主路波导槽4-1、分路波导槽4-2和支路波导槽4-3，主路波导槽4-1与金属条3垂直，主路波导槽4-1的一端开口于上金属块一个侧壁和底面交汇处的中间位置；主路波导槽4-1的另一端与两条形状相同的分路波导槽4-2的一端连通，分路波导槽4-2为L形，与主路波导槽4-1连接部分的分路波导槽垂直于主路波导槽4-1；每条分路波导槽4-2的另一端与对应的各支路波导槽4-3的中心连通，与支路波导槽4-3连接部分的分路波导槽垂直于支路波导槽4-3。对应每条支路波导槽4-3的两个端面位置插入同轴线5，同轴线5的一端伸入支路波导槽4-3内，且同轴线4-3的轴线与相邻支路波导槽4-3端面的距离为工作波长的四分之一。下金属块的顶面开有与底面矩形波导槽位置和形状相同的顶面矩形波导槽，且按照上金属块所述方法设置有同轴线，上金属块和下金属块固定连接后，底面矩形波导槽和顶面矩形波导槽合成矩形波导腔，矩形波导腔在金属块侧壁的开口作为主波导口。

功分器1、放大器芯片阵列和合成器2固定连接，每个固态功率放大器芯片6的输入端通过微带线与功分器1对应的的同轴线的另一端连接，每个固态功率放大器芯片6的输出端与合成器2对应的的同轴线的另一端连接。

其工作原理：输入信号由功分器主波导口进入功分器，在功分器中，信号能量被等分后由各支路同轴线耦合输出，经各支路放大器芯片输入端的微带线，进入放大器芯片中被放大，而后输出到其输出端的微带线上，然后过渡到与其连接的合成器上相对应的同轴线上，而后经各同轴线进入到合成器的波导腔中，最后从合成器的主波导口合成输出。

Claims (1)

1.一种基于矩形波导双层多路功率合成放大器，包括功分器、合成器和放大器芯片阵列，两个放大器芯片阵列平行夹在功分器与合成器之间，其特征在于：

所述的放大器芯片阵列包括一金属条和一组固定在金属条上的固态功率放大器芯片，且各固态功率放大器芯片沿金属条的中心线排列；功分器和合成器的结构相同，具体是： 

包括形状和大小相同的两个长方体金属块，分别为上金属块和下金属块，上金属块的底面开有底面矩形波导槽，底面矩形波导槽的宽度为工作波长对应的标准矩形波导的宽度、深度为工作波长对应的标准矩形波导的长度的一半；所述的底面矩形波导槽包括主路波导槽、分路波导槽和支路波导槽，主路波导槽与金属条垂直，主路波导槽的一端开口于上金属块一个侧壁和底面交汇处的中间位置；主路波导槽的另一端与两条形状相同的分路波导槽的一端连通，分路波导槽为L形，与主路波导槽连接部分的分路波导槽垂直于主路波导槽；每条分路波导槽的另一端与对应的各支路波导槽的中心连通，与支路波导槽连接部分的分路波导槽垂直于支路波导槽；对应每条支路波导槽的两个端面位置插入同轴线，同轴线的一端伸入支路波导槽内，且同轴线的轴线与相邻支路波导槽端面的距离为工作波长的四分之一；下金属块的顶面开有与底面矩形波导槽位置和形状相同的顶面矩形波导槽，且按照上金属块所述方法设置有同轴线，上金属块和下金属块固定连接后，底面矩形波导槽和顶面矩形波导槽合成矩形波导腔；

功分器、放大器芯片阵列和合成器固定连接，每个固态功率放大器芯片的输入端通过微带线与功分器上对应的同轴线的另一端连接，每个固态功率放大器芯片的输出端与合成器上对应的同轴线的另一端连接。

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