CN104505568A - 基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构，采用基于高次椭圆函数曲线的同轴渐变结构，输入信号从输入端同轴连接器进入高次椭圆曲线同轴渐变结构，等幅同相分配到圆盘上，通过从圆盘边缘引出均匀分布的多路同轴探针耦合到与其对应的多个独立的放大器组件分别进行功率放大，同轴探针采用上宽下窄的阶梯圆柱状结构，经过放大后的多路信号再通过与功分结构完全对称的结构合成输出。本发明解决了超宽频带的大功率合成的难题，采用高次椭圆曲线同轴渐变结构并进行阶梯耦合探针的变换，实现了超宽频带的信号能量高效分配与合成，结构紧凑对称，散热性能好，高度模块化设计，加工装配简单，可靠性高。

Description

基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构

技术领域

本发明涉及微波领域，特别涉及一种多路功率分配合成结构。

背景技术

微波毫米波固态功率放大器作为微波毫米波雷达、制导及通信、测试等系统的一个重要组成部分，已经成为微波毫米波领域研究的重要方向。

在现代微波毫米波固态功率放大器中，由于功放芯片受自身半导体物理特性的限制，以及散热、制造工艺和阻抗匹配等问题的影响，单芯片放大器往往达不到实际工程中大功率的应用要求。因此，为了满足大功率通信、测试等系统的需要，要采用多路功率放大再进行功率合成的方法来提高整个放大电路的输出功率。

常用的主要功率分配/合成技术有平面功率分配/合成技术和空间功率分配/合成技术。平面功率分配/合成技术主要指的是微带技术；空间功率分配/合成技术又可分为矩形波导传输和同轴传输两种。

平面微带功率分配/合成技术可以实现较宽频带功率分配/合成，加工装配简单，但插入损耗很大，合成效率低，而且合成路数少、空间利用率低，很难满足高效率大功率的需求。

采用矩形波导的空间功率分配/合成技术能够实现较小的插入损耗及较高的合成效率，可以有效地防止辐射损耗，具有通路损耗低、散热效率高、幅相一致性高及功率容量大等优点，但其工作频带较窄，波导结构的加工成本高，且主要集中在较高的毫米波频段应用，在较低频率的微波频段，波导功率分配/合成结构由于尺寸过大，不易加工装配和使用，难以应用到实际工程中。

采用同轴传输的空间功率分配/合成技术不仅具有插入损耗小、合成效率高的优点，更能满足超宽工作频带和较小物理尺寸的实际应用要求。

基于锥形同轴渐变转双鳍线微带的功率分配/合成技术是最新的超宽带大功率放大器技术，其结构如图1所示，输入信号通过锥形同轴渐变将信号传输到更大半径圆盘，然后分到20瓣放大组件上，放大组件上的双鳍线渐变微带结构将电磁波的震荡方向翻转90度，如图2所示，直接传输到大功率芯片进行放大，后通过完全对称的结构进行输出。该功率分配/合成技术是与本发明最接近的实现方案，其结构优点在于体积小，空间利用率高，无需探针耦合变换到微带电路，减小的传输损耗，缺点是无源功率分配/合成部分和有源放大组件部分不能作为独立的模块分开，只能进行整体装配和拆卸，且加工精度要求高，装配工序繁琐，结构内部过于封闭，散热性能差，易导致芯片烧毁。

发明内容

为了解决超宽频段的大功率分配/合成的难题，本发明提出一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构，采用基于高次椭圆曲线的同轴渐变结构，输入信号从输入端同轴连接器进入高次椭圆函数曲线同轴渐变结构，分配到圆盘上，通过从圆盘边缘引出的均匀分布的多路同轴探针耦合到与其对应的多个放大器组件分别进行功率放大，同轴探针采用阶梯状结构，经过放大后的多路信号再通过与功分结构完全对称的结构合成输出。

可选地，所述基于高次椭圆曲线的同轴渐变结构，内外导体的曲线坐标(x，y)遵循以下方程：

${\left(\frac{x}{a}\right)}^m+{\left(\frac{y}{b}\right)}^n=1$

其中，a和b分别为同轴渐变结构的高度与宽度，m与n均为大于1的正整数，根据实际的尺寸、合成路数及工作频段的要求，改变a和b的数值来界定同轴渐变结构的外形尺寸，改变m和n的数值来选择不同曲率的曲线结构。

可选地，内外导体的曲线选择相同次数m＝n的方程。

可选地，内外导体的曲线选择不同次数m≠n的方程。

可选地，电磁波由输入端同轴连接器进入高次椭圆函数曲线同轴渐变结构，等幅同相分配到从圆盘边缘引出的均匀分布的多路同轴探针，同轴探针采用上宽下窄的阶梯圆柱状结构，经过多级阶梯同轴变换，传输到微带线，经过与同轴探针相对应的多个独立的放大器组件进行功率放大，最后通过与功率分配完全对称的结构合成输出。

可选地，同轴探针耦合出的信号经过多级阶梯变换到标准接头，与标准接头连接。

可选地，同轴探针耦合出的信号经过多级阶梯变换后直接焊接到平面微带电路。

可选地，在同轴探针的间隙处均匀分布有通风散热孔。

可选地，腔体内部可设置若干数量散热风机。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构可以实现超宽频带的功率分配与合成，根据实际应用的需要选择不同长宽不同次数的椭圆曲线进行搭配，方便编程加工，与其它函数形式相比结构紧凑；

(2)功率分配合成结构采用空间同轴结构，无介质损耗，性能指标高，终端外形呈径向延伸，方便散热及放大电路布局，解决了超宽频带功率分配合成的难题；

(3)本发明的基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构，采用高度模块化的设计方法，加工装配难度小，整体结构一致性高，功率分配和合成采用完全相同的结构，放大组件独立于功率分配合成结构，可进行单独安装及拆卸，便于加工和装配，其结构紧凑，空间利用率高，通风散热效果良好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为基于同轴渐变转双鳍线微带结构的功率分配合成器整体结构侧面剖视图；

图2为图1所示双鳍线渐变微带结构的功率放大器结构图；

图3为本发明的基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构立体图；

图4为本发明的基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构侧视图；

图5为本发明的基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构侧面剖视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出了一种新型的基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构，采用基于高次椭圆曲线的同轴渐变结构，输入信号从输入端同轴连接器进入高次椭圆函数曲线同轴渐变结构，将输入信号等幅同相从同轴连接器分配到大半径圆盘上，然后又从圆盘边缘引出均匀分布的多路同轴探针耦合到与其对应的多个独立的相同的放大器组件分别进行功率放大，同轴探针采用特殊的上宽下窄的阶梯圆柱状结构，可以达到高效宽带耦合信号的作用。经过放大后的多路信号再通过与功分结构完全相同的同轴探针结构传输到大半径圆盘，再经过基于高次椭圆函数曲线的同轴变换到输出端同轴连接器，最终输出大功率信号。

下面结合一具体实施例对本发明的基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构进行详细说明。

如图3、图4、图5所示，本发明所采用的基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构，在该结构中，电磁波由左侧的输入端同轴连接器1进入高次椭圆曲线同轴渐变结构2，拓展分配到均匀分布24个相同的同轴阶梯探针6，经过三级阶梯同轴变换，传输到50欧姆微带线，经过24个独立互不相干的放大器组件3进行功率放大，最后通过与功率分配完全对称的结构变换到输出端同轴连接器4合成输出。

本发明的同轴探针6采用上宽下窄的阶梯圆柱状结构，可根据不同尺寸的同轴圆盘结构选择不同阶梯数，不同的长度和半径，以及深入同轴腔体内的深度，来达到不同应用的需求。由同轴探针6耦合出的信号经过多级阶梯同轴变换，耦合效率高，空间分布紧凑，保证了更高效率的功率合成及传输；同轴探针耦合出的信号经过多级阶梯变换，可根据不同接头的需要进行灵活变换，可选择与标准接头连接，也可以选择由同轴探针直接焊接到平面微带电路。

本发明的基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构整体结构采用高度模块化的设计思想，功率分配和合成采用完全相同的结构，放大组件独立于功率分配合成结构，无源功率分配/合成部分与有源放大器组件部分完全独立加工与装配，互不干涉；而且，本发明采用空间同轴结构，无介质损耗，性能指标高，终端外形呈径向延伸，方便散热及放大电路布局。

本发明提出的基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构，采用了高次椭圆函数曲线的同轴渐变结构2，内外导体的曲线坐标(x，y)遵循以下方程：

${\left(\frac{x}{a}\right)}^m+{\left(\frac{y}{b}\right)}^n=1$

其中，a和b分别为同轴渐变结构的高度与宽度，m与n均为大于1的正整数(2、3、4、……)。根据实际的尺寸、合成路数及工作频段要求的不同，可以通过改变a和b的数值来界定同轴渐变结构的外形尺寸，可以通过改变m和n的数值来选择不同曲率的曲线结构，内外导体的曲线可以选择相同次数(m＝n)的方程，也可以选择不同次数(m≠n)的方程。因此，本发明的多路功率分配合成器根据实际应用的需要选择不同长宽不同次数的椭圆曲线进行搭配，方便编程加工，与其它函数形式相比结构紧凑。

本发明的基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构，整体结构紧凑但并不密闭不通风，在同轴探针的间隙处均匀分布有通风散热孔5，腔体内部放置若干数量(1、2、3、……)的散热风机，充分利用内部空间的空气流动进行散热，整体结构紧凑，空间利用率高，通气性强，散热效果良好。

本发明的基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构可以实现超宽频带的功率分配与合成，根据实际应用的需要选择不同长宽不同次数的椭圆曲线进行搭配，方便编程加工，与其它函数形式相比结构紧凑。功率分配合成结构完全采用空间同轴结构，无介质损耗，性能指标高，终端外形呈径向延伸，方便散热及放大电路布局，解决了超宽频带功率分配合成的难题。

本发明的基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构，采用高度模块化的设计方法，加工装配难度小，整体结构一致性高，功率分配和合成采用完全相同的结构，放大组件独立于功率分配合成结构，可进行单独安装及拆卸，便于加工和装配，其结构紧凑，空间利用率高，通风散热效果良好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构，其特征在于，采用基于高次椭圆函数曲线的同轴渐变结构，输入信号从输入端同轴连接器进入高次椭圆函数曲线同轴渐变结构，分配到圆盘上，通过从圆盘边缘引出的均匀分布的多路同轴探针耦合到与其对应的多个放大器组件分别进行功率放大，同轴探针采用阶梯状结构，经过放大后的多路信号再通过与功分结构完全对称的结构合成输出。

2.如权利要求1所述的基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构，其特征在于，所述基于高次椭圆函数曲线的同轴渐变结构，内外导体的曲线坐标(x，y)遵循以下方程：

${\left(\frac{x}{a}\right)}^m+{\left(\frac{y}{b}\right)}^n=1$

其中，a和b分别为同轴渐变结构的高度与宽度，m与n均为大于1的正整数，根据实际的尺寸、合成路数及工作频段的要求，改变a和b的数值来界定同轴渐变结构的外形尺寸，改变m和n的数值来选择不同曲率的曲线结构。

3.如权利要求2所述的基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构，其特征在于，内外导体的曲线选择相同次数m＝n的方程。

4.如权利要求2所述的基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构，其特征在于，内外导体的曲线选择不同次数m≠n的方程。

5.如权利要求1所述的基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构，其特征在于，电磁波由输入端同轴连接器进入高次椭圆函数曲线同轴渐变结构，等幅同相分配到从圆盘边缘引出的均匀分布的多路同轴探针，同轴探针采用上宽下窄的阶梯圆柱状结构，经过多级阶梯同轴变换，传输到微带线，经过与同轴探针相对应的多个独立的放大器组件进行功率放大，最后通过与功率分配完全对称的结构合成输出。

6.如权利要求1所述的基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构，其特征在于，同轴探针耦合出的信号经过多级阶梯变换到标准接头，与标准接头连接。

7.如权利要求1所述的基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构，其特征在于，同轴探针耦合出的信号经过多级阶梯变换后直接焊接到平面微带电路。

8.如权利要求1至7任一项所述的基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构，其特征在于，在同轴探针的间隙处均匀分布有通风散热孔。

9.如权利要求8所述的基于高次椭圆函数曲线的超宽带多路同轴功率分配合成结构，其特征在于，腔体内部放置若干数量的散热风机。