CN110277623A - 一种高隔离功率合成装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种高隔离功率合成装置，属于射频与微波功率合成设计技术领域。所述装置主要由功分单元和功合单元组成，功分单元由1分2波导功分器、波导‑微带双探针、1分2微带功分器以及SMPM连接器构成，功合单元由2合1波导功合器、波导3dB电桥、波导‑微带双探针构成。通过功分器进行功率分配，得到多路等幅同相的功率流，再经过功放模块进行功率放大，最后将分别得到的各路功率合成起来，得到更大的输出功率，本申请实现了功分/功合器大功率、小型化、高隔离的信号输出。

Description

一种高隔离功率合成装置

技术领域

本申请属于射频与微波功率合成设计技术领域，特别涉及一种高隔离功率合成装置。

背景技术

随着微波毫米波技术在雷达探测、卫星通信、电子战、导航控制等军事领域的应用越来越广泛，对信号源的输出功率要求越来越高。只有获得足够高的输出功率，才能保证足够好的通信质量，足够远的传输距离，足够强的抗干扰能力。但是单一的固态功率器件往往输出功率有限，无法满足系统大功率输出的要求，这时就需要通过特定的电路将多个固态件的放大器进行功率合成叠加，这种电路被称为功率合成电路。为获得较大的功率，一般是先进行功率分配，得到多路等幅同相的功率流，再经过单管放大，最后将分别得到的功率合成起来，就能得到更大的输出功率。因此功率合成网络的设计成为功率合成中的关键技术。

现有的微带功率合成网络中功率容量较低，波导功率合成网络体积大、质量重且易产生自激的弊端。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种高隔离功率合成装置，主要包括：

波导功分器，包括一个连接功率输入的入口端及两个出口端；

两个第一微带双探针结构，每个所述第一微带双探针结构具有相互平行的一对微带，每对微带通过探针分别固定在所述波导功分器出口端的上下两侧；

微带功分器，连接在每一个微带末端，形成在空间结构上相互分离的两路信号传输通道；

多个功放模块，设置在每个信号传输通道的出口端，用于对功率进行放大；

第二微带双探针结构，用于将具有上下位置关系的一对功放模块的输出信号进行合并，形成一路输出通道；

波导3dB电桥，每一个波导3dB电桥具有两个信号接收端，分别连接两路所述输出通道；

波导功合器，包括两个用于分别连接一个所述波导3dB电桥的入口端及一个出口端，所述出口端用于输出合成功率。

优选的是，所述波导功分器包括第一主波导、第一次波导以及第一过渡结构，所述入口端设置在所述第一主波导端部，两个所述出口端分别设置在两个第一次波导上，两个所述第一次波导通过第一过渡结构分别设置在所述第一主波导的两侧。

优选的是，所述第一过渡结构包括在所述第一主波导入口端的相对侧形成的三角形豁口。

优选的是，所述波导功分器的第一次波导上设置有短路活塞，并通过短路活塞调整所述第一微带双探针结构的探针处于波导内电场最强的位置。

优选的是，所述波导功合器包括第二主波导、第二次波导以及第二过渡结构，所述出口端设置在所述第二主波导端部，两个所述入口端分别设置在两个第二次波导上，两个所述第二次波导通过第二过渡结构分别设置在所述第二主波导的两侧。

优选的是，所述第二过渡结构包括在所述第二主波导出口端的相对侧形成的三角形豁口。

优选的是，所述波导功合器的第二次波导上设置有短路活塞，并通过短路活塞调整所述第二微带双探针结构的探针处于波导内电场最强的位置。

优选的是，每个所述功放模块通过连接器连接在微带功分器或第二微带双探针结构上。

优选的是，所述连接器包括SMPM射频同轴连接器。

优选的是，所述微带功分器的两路信号传输通道末端之间设置有欧姆电阻。

本发明功合器采用波导-微带双探针探针过渡、波导3dB耦合器以及波导功分器级联的形式，功分器采用波导功分器、波导-微带双探针探针过渡、改进型微带功分器以及SMPM射频绝缘子级联的形式，克服了传统波导功分器易产生自激的弊端，最终实现了功分/功合器大功率、小型化、高隔离的信号输出。

附图说明

图1是本申请高隔离功率合成装置结构示意图。

图2是本申请高隔离功率合成装置系统拓扑图。

图3是本申请高隔离功率合成装置的Ku波段八路功分网络结构图。

图4是本申请高隔离功率合成装置的Ku波段八路功合网络结构图。

图5是本申请高隔离功率合成装置的Ku波段八路功分/功合网络简化示意图。

图6是本申请高隔离功率合成装置的Ku波段八路功分/功合网络A面三维结构图。

其中，1为波导功分器，2-1为第一微带双探针结构，2-2为第二微带双探针结构，3为连接器，4为功放模块，5为微带功分器，6为波导3dB电桥，7为波导功合器，8为短路活塞；

11为第一主波导，12为第一次波导，13为第一过渡结构，21为高阻抗线，22为低阻抗线，71为第二主波导，72为第二次波导，73为第二过渡结构。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。

本申请提供了一种高隔离功率合成装置，如图1所示，主要包括：

波导功分器1，包括一个连接功率输入的入口端及两个出口端；

两个第一微带双探针结构2-1，每个所述第一微带双探针结构2-1具有相互平行的一对微带，每对微带通过探针分别固定在所述波导功分器1出口端的上下两侧；

微带功分器5，连接在每一个微带末端，形成在空间结构上相互分离的两路信号传输通道；

多个功放模块4，设置在每个信号传输通道的出口端，用于对功率进行放大；

第二微带双探针结构2-2，用于将具有上下位置关系的一对功放模块的输出信号进行合并，形成一路输出通道；

波导3dB电桥6，每一个波导3dB电桥6具有两个信号接收端，分别连接两路所述输出通道；

波导功合器7，包括两个用于分别连接一个所述波导3dB电桥6的入口端及一个出口端，所述出口端用于输出合成功率。

本实施例中，波导功分器1通常为1分2波导功分器，微带功分器5通常为1分2微带功分器，波导功合器7通常为2合1波导功合器。本申请主要由功分单元和功合单元组成，如图2所示的拓扑图，一种功分单元，由1分2波导功分器、波导-微带双探针、1分2微带功分器以及SMPM连接器构成；一种功合单元，由2合1波导功合器、波导3dB电桥、波导-微带双探针构成。

本申请高隔离功率合成网络适于构成功分网络及功合网络，分别如图3及图4所示，功分网络由1分2波导功分器、波导-微带双探针、1分2微带功分器级联而成。经由1路输入端口分配成8路输出端口；功合网络由2合1波导功合器、波导3dB电桥、波导-微带双探针过渡1分2微带功分器级联而成。经由8路输入端口合成为1路输出端口。

在一些可选实施方式中，如图5或图1所示，所述波导功分器1包括第一主波导11、第一次波导12以及第一过渡结构13，所述入口端设置在所述第一主波导端部，两个所述出口端分别设置在两个第一次波导上，两个所述第一次波导通过第一过渡结构分别设置在所述第一主波导的两侧。

在一些可选实施方式中，所述第一过渡结构13包括在所述第一主波导入口端的相对侧形成的三角形豁口。

上述实施例中，主波导采用标准的矩形波导，次波导的长边和主波导一致，次波导的宽边为主波导宽边的一半。在Ku波段，主波导为标准的BJ180波导,其中波导的长边为12.95mm宽边为6.477mm，次波导的长边和主波导一致也为12.95mm，次波导的宽边为主波导宽边的一半为3.2385mm。

在微波仿真软件中，对1分2波导功分器中的主次波导功分单元进行倒角处理，从而建立起三角过渡结构，通过改变倒角的量，来改变三角过渡结构的尺寸，实现主次波导耦合量的控制，从而实现每路信号的等幅度输出，并通过主次波导过渡结构实现信号的阻抗匹配。

在一些可选实施方式中，所述波导功分器的第一次波导12上设置有短路活塞8，并通过短路活塞调整所述第一微带双探针结构的探针处于波导内电场最强的位置。

如图1所示，在次波导功分单元前面级联波导-微带双探针过渡结构，通过改变微带探针的高阻抗线21与低阻抗线22的长度与宽度使波导与50欧姆微带线匹配。

本实施例中，微带探针与1分2微带功分器级联，且1分2微带功分器两输出端的臂长相差四分之一波长，使其输出端幅度相同，相位差90度，并在两输出端间加100欧姆电阻，提高输出端隔离度。

在一些可选实施方式中，如图5所示，所述波导功合器7包括第二主波导71、第二次波导72以及第二过渡结构73，所述出口端设置在所述第二主波导端部，两个所述入口端分别设置在两个第二次波导上，两个所述第二次波导通过第二过渡结构分别设置在所述第二主波导的两侧。

在一些可选实施方式中，所述第二过渡结构73包括在所述第二主波导出口端的相对侧形成的三角形豁口。

在一些可选实施方式中，所述波导功合器的第二次波导72上设置有短路活塞8，并通过短路活塞调整所述第二微带双探针结构的探针处于波导内电场最强的位置。

在一些可选实施方式中，每个所述功放模块通过连接器3连接在微带功分器或第二微带双探针结构上。

上述实施例中，功放模块的输出端与第二微带双探针结构的连接是指八个功放模块与八个探针级联，使信号传输到功合网络，信号传输到功合网络主要指探针与波导3dB电桥级联，利用波导3dB电桥耦合器的高隔离度特性，改善波导功合网络的驻波，通过改变3dB电桥耦合器通孔的数量和尺寸，实现波导功合网络的宽频带以及输出端能量的合成，提高了隔离度、增大了功率容量。本实施例采用3个耦合孔进行耦合。

再之后，波导3dB电桥与2合1波导功分器级联，使八路信号合成为一路信号。为了方便加工，通常沿波导长边中间水平切割，分为A面、B面两部分，图6即为Ku波段八路功分/功合网络A面三维结构图，把A面三维结构做镜像即为B面三维结构图。

在一些可选实施方式中，所述连接器包括SMPM射频同轴连接器，其阻抗为50欧姆，是放大器与微带传输线连接的纽带，通过八个SMPM射频连接器连接功分网络与八个功放模块，使放大器的能量仅通过SMPM传输到波导-微带双探针，提高了同级放大器间的隔离度，克服了采用传统波导功分器易产生自激的弊端，提高了功放模块输入输出端的特性。

本实施例采用的Ku波段八路功分网络作为实施例，经试验测试，幅度插入损耗为0.24dB，所采用的Ku波段八路功合网络的幅度插入损耗为0.3dB。将八路功分网络与八路功合网络级联插入损耗为0.33dB。

通过以上方案，最终实现了大功率、小型化、高隔离的信号输出，并克服了传统波导功分器易产生自激的弊端。本发明突破了传统多路波导-微带探针功率合成时易产生自激的弊端，与传统的微带线﹑带状线功率合成网络相比，具有体积小、功率容量大、集成度高、重量轻、隔离度高等优点，与普通的波导功率合成网络相比具有体积小，重量轻，集成度高等优点。本发明在Ku波段功率合成使用中效果较好，并且该功率合成系统通用性强，能广泛应用于其它频段的功率合成中，对固态功率合成具有普遍的参考意义和实用推广性。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高隔离功率合成装置，其特征在于，包括：

波导功分器(1)，包括一个连接功率输入的入口端及两个出口端；

两个第一微带双探针结构(2-1)，每个所述第一微带双探针结构(2-1)具有相互平行的一对微带，每对微带通过探针分别固定在所述波导功分器(1)出口端的上下两侧；

微带功分器(5)，连接在每一个微带末端，形成在空间结构上相互分离的两路信号传输通道；

多个功放模块(4)，设置在每个信号传输通道的出口端，用于对功率进行放大；

第二微带双探针结构(2-2)，用于将具有上下位置关系的一对功放模块的输出信号进行合并，形成一路输出通道；

波导3dB电桥(6)，每一个波导3dB电桥(6)具有两个信号接收端，分别连接两路所述输出通道；

波导功合器(7)，包括两个用于分别连接一个所述波导3dB电桥(6)的入口端及一个出口端，所述出口端用于输出合成功率。

2.如权利要求1所述的高隔离功率合成装置，其特征在于，所述波导功分器(1)包括第一主波导(11)、第一次波导(12)以及第一过渡结构(13)，所述入口端设置在所述第一主波导端部，两个所述出口端分别设置在两个第一次波导上，两个所述第一次波导通过第一过渡结构分别设置在所述第一主波导的两侧。

3.如权利要求2所述的高隔离功率合成装置，其特征在于，所述第一过渡结构(13)包括在所述第一主波导入口端的相对侧形成的三角形豁口。

4.如权利要求2所述的高隔离功率合成装置，其特征在于，所述波导功分器的第一次波导(12)上设置有短路活塞，并通过短路活塞调整所述第一微带双探针结构的探针处于波导内电场最强的位置。

5.如权利要求1所述的高隔离功率合成装置，其特征在于，所述波导功合器(7)包括第二主波导(71)、第二次波导(72)以及第二过渡结构(73)，所述出口端设置在所述第二主波导端部，两个所述入口端分别设置在两个第二次波导上，两个所述第二次波导通过第二过渡结构分别设置在所述第二主波导的两侧。

6.如权利要求5所述的高隔离功率合成装置，其特征在于，所述第二过渡结构(73)包括在所述第二主波导出口端的相对侧形成的三角形豁口。

7.如权利要求5所述的高隔离功率合成装置，其特征在于，所述波导功合器的第二次波导(72)上设置有短路活塞，并通过短路活塞调整所述第二微带双探针结构的探针处于波导内电场最强的位置。

8.如权利要求1所述的高隔离功率合成装置，其特征在于，每个所述功放模块通过连接器(3)连接在微带功分器或第二微带双探针结构上。

9.如权利要求8所述的高隔离功率合成装置，其特征在于，所述连接器包括SMPM射频同轴连接器。

10.如权利要求1所述的高隔离功率合成装置，其特征在于，所述微带功分器的两路信号传输通道末端之间设置有欧姆电阻。