CN107171045A - 一种新型分离式椭圆函数渐变结构功率合成器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型分离式椭圆函数渐变结构功率合成器，磁信号由输入端口进入到同轴耦合探针结构中，经过椭圆函数渐变腔体实现多路功率合成，最后从输出端口输出。采用上述方案，实现了超宽频带电磁信号功率合成。本发明合成器具有散热性能好，高度模块化设计，加工装配简单，可靠性高等众多优点。

Description

一种新型分离式椭圆函数渐变结构功率合成器

技术领域

本发明涉及功率合成器技术领域，尤其涉及的是一种新型分离式椭圆函数渐变结构功率合成器。

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。随着对放大器输出功率要求的不断提高，单个放大芯片的输出功率已不再能够满足实际系统工作的需要，因此，必须采用多路放大、功率合成的技术来有效提高整个放大电路的输出功率。

基于微带的平面功率合成技术具有工作频带宽，加工装配简单等优点，但因介质损耗大，合成效率低，空间利用率低等缺点，很难满足高效大功率放大器的要求。

基于波导的空间功率合成技术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，难以应用到实际工程中。基于锥形同轴渐变转双鳍线微带的功率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，散热性差易导致芯片烧毁。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种新型分离式椭圆函数渐变结构功率合成器。

本发明的技术方案如下：

一种新型分离式椭圆函数渐变结构功率合成器，电磁信号由输入端口进入到同轴耦合探针结构中，经过椭圆函数渐变腔体实现多路功率合成，最后从输出端口输出。

上述方案中，所述输入端口及所述输出端口均采用同轴连接器端口形式。

上述方案中，所述椭圆函数渐变腔体的内导体和外导体均采用椭圆函数曲线渐变的形式，椭圆函数包括但不限于普通二次椭圆函数、高次椭圆函数及非齐次椭圆函数。

上述方案中，所述同轴耦合探针结构的内导体和外导体采用台阶变换或曲线变换。

上述方案中，所述输入端口作为输出端口；所述输出端口作为输入端口。

上述方案中，所述输入端口或所述输出端口为奇数路或偶数路。

采用上述方案，着重解决了大功率合成器散热和超宽频带多路功率合成的难题，采用分离式结构可充分利用空间资源，有效提高散热效率；采用椭圆函数渐变结构和同轴耦合探针结构，实现了超宽频带电磁信号功率合成。该合成器具有散热性能好，高度模块化设计，加工装配简单，可靠性高等众多优点。

附图说明

图1为现有技术中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为现有技术中双鳍线渐变微带结构的功率放大器结构示意图。

图3为本发明分离式椭圆函数渐变结构功率合成器的结构示意图。

图4为本发明分离式椭圆函数渐变结构功率合成器剖面图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。但是，本发明可以采用许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

本发明提出了一种新型的分离式椭圆函数渐变结构功率合成器，功率合成器本身作为一个完整的整体，包括一个输出端口(合成端口)和若干个输入端口，输入端口通过电缆与功率放大器组件连接，可有效利用空间资源，增大散热面积，提高散热效率；合成器采用了椭圆函数的曲线结构，可实现超宽带功率合成；输入端口采用同轴耦合探针的结构，实现超宽带信号耦合。

本发明的目的就是为了解决超宽频段的大功率合成及大功率高密度热源散热的难题。采用本技术的功率合成器工作频带宽，插入损耗小，合成路数多，分离式设计，且具有散热效率高、加工难度小、装配简单等优点。

本发明提出的分离式椭圆函数渐变结构功率合成器整体结构示意图如图3所示，整体结构为101；椭圆函数渐变结构功率合成器剖面图如图4所示。在本发明的结构中，电磁信号由输入端口1进入到同轴耦合探针结构2中，经过椭圆函数渐变腔体3实现多路功率合成，最后从输出端口4输出。

本专利提出的分离式椭圆函数渐变结构功率合成器是一个独立的、与有源功率放大器模块分离的无源结构，具有多路信号功率合成的功能，输入输出端口均采用同轴连接器端口形式。

椭圆函数渐变腔体3的内导体和外导体均采用椭圆函数曲线渐变的形式，椭圆函数包括但不限于普通二次椭圆函数、高次椭圆函数及非齐次椭圆函数等。

同轴耦合探针2结构的内导体和外导体可采用但不限于台阶变换、曲线变换等变换结构。

本发明提出的功率合成器也可以用作功率分配器使用，即上述输入端口也可作为输出端口(分配端口)，上述输出端口(合成端口)也可作为输入端口。也就是说本发明的功率合成器也可以当作功率分配器来用，在用作功率分配器的时候，原来的输入端口就变成了输出端口，原来的输出端口就变成了输入端口，同时上述输入端口也可作为输出端口(分配端口)，上述输出端口(合成端口)也可作为输入端口。本发明的功率合成器的合成路数可以的奇数路也可以是偶数路，无论偶数路还是奇数路合成，合成端口平均分布在合成器360度圆周上，如8路合成器，则每相邻两路合成端口之间的角度为360/8度，即45度，如9路合成器，则每相邻两路合成端口之间的角度为360/9度，即40度。

本发明提出的功率合成的路数可为单数路或双数路，可根据实际应用需要优化选择。

本发明提出的功率合成器是一种分离式的结构，与功率放大器模块分离，从而使功率放大器在空间中布局更加自由，增大了散热面积，有效提高了散热效率。

本发明的创新点有如下几项：

分离式结构设计：合成器作为一个独立的模块通过同轴电缆与功率放大模块连接，功率放大器模块的空间布局更加自由灵活，从而增大了散热面积，有效提高了散热效率。

同轴耦合探针结构：提出了渐变形式的同轴耦合探针结构，可实现超宽频带电磁信号的耦合传输。

椭圆函数渐变腔体：提出了椭圆函数渐变的圆盘腔体合成结构，可实现超宽频段多路电磁信号的功率合成。

本发明的关键点有如下几项：

分离式结构：功率合成器作为一个独立的无源结构整体，可通过同轴电缆与有源功率放大模块连接，功率放大模块可充分利用空间资源进行自由布局，有效提高了散热效率。

椭圆函数渐变内导体：椭圆函数渐变腔体的内导体可采用椭圆函数曲线渐变形式，上述椭圆函数包括但不限于普通二次椭圆函数、高次椭圆函数及非齐次椭圆函数等。

椭圆函数渐变外导体：椭圆函数渐变腔体的外导体可采用椭圆函数曲线渐变形式，上述椭圆函数包括但不限于普通二次椭圆函数、高次椭圆函数及非齐次椭圆函数等。

同轴耦合探针内导体：同轴耦合探针结构的内导体可采用但不限于台阶变换、曲线变换等变换结构。

同轴耦合探针外导体：同轴耦合探针结构的外导体可采用但不限于台阶变换、曲线变换等变换结构。

合成路数单数双数可选：合成器的合成路数可以是单数路或双数路，可根据实际应用需要进行优化选择。

功分合成结构相同：上述功率合成器也可以用作功率分配器，上述输入端口也可作为输出端口(分配端口)，上述输出端口(合成端口)也可作为输入端口。

本发明着重解决了大功率合成器散热和超宽频带多路功率合成的难题，采用分离式结构可充分利用空间资源，有效提高散热效率；采用椭圆函数渐变结构和同轴耦合探针结构，实现了超宽频带电磁信号功率合成。该合成器具有散热性能好，高度模块化设计，加工装配简单，可靠性高等众多优点。

需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种新型分离式椭圆函数渐变结构功率合成器，其特征在于，电磁信号由输入端口进入到同轴耦合探针结构中，经过椭圆函数渐变腔体实现多路功率合成，最后从输出端口输出。

2.如权利要求1所述的功率合成器，其特征在于，所述输入端口及所述输出端口均采用同轴连接器端口形式。

3.如权利要求1所述的功率合成器，其特征在于，所述椭圆函数渐变腔体的内导体和外导体均采用椭圆函数曲线渐变的形式，椭圆函数包括但不限于普通二次椭圆函数、高次椭圆函数及非齐次椭圆函数。

4.如权利要求1所述的功率合成器，其特征在于，所述同轴耦合探针结构的内导体和外导体采用台阶变换或曲线变换。

5.如权利要求1所述的功率合成器，其特征在于，所述输入端口作为输出端口；所述输出端口作为输入端口。

6.如权利要求5所述的功率合成器，其特征在于，所述输入端口或所述输出端口为奇数路或偶数路。