CN112103609B - 一种大功率八合一空气板线合成器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率八合一空气板线合成器，属于微波通讯技术领域，包括底部板线和顶部板线；底部板线对称设置在顶部板线的两侧，底部板线包括信号输入口，顶部板线包括信号输出口，信号输入口与信号输出口在同一平面内相互垂直。该八合一合成器工作在某S波段固态放大器中，其每个端口的输入功率为500W，总输出端口的功率为3200W左右；但是由于固态放大器的输入输出口在同一个平面，而空气板线合成器特点是信号输出口和信号输入口互相垂直，为解决此类问题，我们设计的合成器采用双层结构形式，很好的弥补了输入输出口垂直带来的使用不便的缺陷。

Description

一种大功率八合一空气板线合成器

技术领域

本发明属于微波通讯技术领域，具体涉及一种大功率八合一空气板线合成器。

背景技术

随着雷达技术的发展及频谱资源的限制，雷达发射机的工作频率越来越高，输出功率越来越大，从而催生出了相应的功率合成技术；频率在几百兆赫兹的发射组件功率合成主要采用巴伦的形式；在更低频率的组件中通常采用变压器形式来合成；在低频窄带的组件中合成方式可通过电感电阻耦合方式来实现；在L,S波段的发射机中通常采用空气板线或波导形式的合成器，空气板线合成器具有体积小及耐功率高等特性，更容易被设计者所采纳；但在更高的频段上一般用波导或镜像线等形式合成，因为其具有更小的插损、更高的耐功率特性。

组件内部的合成器一般有威尔金森合成器、90゜电桥、混合环、T型结、串馈合成器等形式，但由于每种合成器的尺寸及耐功率情况不同，从而导致其使用环境的不同。其中威尔金森合成器由于需要隔离电阻，从而导致其体积与耐功率的受限；90゜电桥端口间存在相位差，亦需要隔离电阻，并且其耐功率较差，一般很少用于多路合成方式，一般只用于2路合成；混合环具有一定的隔离度但是其体积相对较大，并不适合多路合成的方式。T型结属于威尔金森的改进型，虽然端口之间不具有隔离度，但其具有很好的耐功率特性及端口之间一致性，因而受到很多设计师的喜爱；串馈合成器（一种宽边偏移耦合形式的合成器）虽然体积小，但因其中间耦合的印制板材质需要很薄的厚度（一般厚度为0.254mm），决定了其耐功率及散热特性相对来说比较差，所以导致其不能应用于大功率的合成场合。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种大功率八合一空气板线合成器，解决输入输出口不在同一平面上的问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大功率八合一空气板线合成器，包括底部板线和顶部板线；所述的底部板线对称设置在顶部板线的两侧，所述的底部板线包括信号输入口，所述的顶部板线包括信号输出口，所述的信号输入口与信号输出口在同一平面内相互垂直。

进一步地，还包括叠合设置的顶部结构件和底面结构件，所述的顶部结构件包括T形区、凸起区和直线区；所述的T形区、直线区和凸起区依次相连组成顶部结构件；底面结构件包括输入区和底部区；其中，底部区对称设置在底面结构件上，在每个底部区上设置若干个输入区。

进一步地，在T形区和凸起区之间设置凹形区，配合后形成安装耦合器的凸起处，该凸起处位于凸起区上，耦合器的两端固定在凸起处的两侧。

进一步地，在所述的T形区上对称设置顶部连接孔，在每个底部区中均设置底部连接孔，所述的顶部连接孔和底部连接孔对应设置，配合后完成连接柱的固定。

进一步地，所述的底部板线还包括螺柱孔、底部连接柱孔和底部板线连接段；在底部板线连接段的两端对称设置信号输入口，所述的信号输入口与输入区一一对应设置；在每个信号输入口与底部板线连接段之间设置螺柱孔，用于配合固定螺柱；在每个底部板线连接段的中部设置底部连接柱孔；所述的顶部板线包括顶部连接柱孔、T形顶部板线段、直线形顶部板线段、信号输出口；T形顶部板线段和直线形顶部板线段相连构成顶部板线；在T形顶部板线段的两端设置顶部连接柱孔，直线形顶部板线段的一端连接T形顶部板线段，直线形顶部板线段的另一端为信号输出口；配合后，连接柱贯穿底部连接孔、底部连接柱孔、顶部连接柱孔和顶部连接孔后完成固定。

进一步地，在底部板线连接段和T形顶部板线段、直线形顶部板线段上均设有用于配合固定螺柱的螺柱孔。

进一步地，信号输入口包括信号线和第一压块，配合后，第一压块套设在信号线上，形成信号输入口。

进一步地，所述的信号线为非空气板线；所述的第一压块为聚四氟乙烯压块。

进一步地，所述的连接柱包括连接柱体和第二压块；配合后，第二压块套设在连接柱体上，形成连接柱；所述的螺柱包括螺柱体和第三压块；配合后，第三压块套设在螺柱体上，形成螺柱。

进一步地，所述的螺柱体为聚四氟乙烯螺柱体，所述的连接柱体为铜柱体；所述的第二压块和第三压块均为聚四氟乙烯压块。

有益效果：与现有技术相比，本发明包括底部板线和顶部板线；底部板线对称设置在顶部板线的两侧，所述的底部板线包括信号输入口，顶部板线包括信号输出口，信号输入口与信号输出口相互垂直（同一平面上的垂直）。该八合一合成器工作在某S波段固态放大器中，其每个端口的输入功率为500W，总输出端口的功率为3200W左右；但是由于固态放大器的输入输出口在同一个平面，而空气板线合成器特点是信号输出口和信号输入口互相垂直（不在同一平面上的垂直），此合成器设计成双层结构，很好的弥补了输入输出口不在同一平面上的缺陷。

附图说明

图1是大功率八合一空气板线合成器的主视图；

图2是大功率八合一空气板线合成器的侧视图；

图3是大功率八合一空气板线合成器的顶部结构件示意图；

图4是大功率八合一空气板线合成器的底面结构件示意图；

图5是上盖板结构示意图；

图6是下盖板结构示意图；

图7是底部板线结构示意图；

图8是顶部板线结构示意图；

图9是顶部板线和底部板线焊接完成后的主视图；

图10是顶部板线和底部板线焊接完成后的侧视图；

图11是未加盖板的组合后大功率八合一空气板线合成器的顶部示意图；

图12是未加盖板的组合后大功率八合一空气板线合成器的底部示意图；

图13是空气板线转换成微带形式的结构示意图；

图14是连接柱的结构示意图；

图15是螺柱的结构示意图；

附图标记：1-上盖板、2-下盖板、3-顶部结构件、4-底面结构件、5-耦合器、6-底部板线、7-顶部板线、8-螺柱、9-连接柱、10-输入端、11-输出端、12-预留孔；其中，31-T形区、32-顶部连接孔、33-凹形区、34-凸起区、35-直线区；41-输入区、42-底部连接孔、43-底部区；61-螺柱孔、62-信号输入口、63-底部连接柱孔、64-底部板线连接段、621-信号线、622-第一压块；71-顶部连接柱孔、72- T形顶部板线段、73-直线形顶部板线段、74-信号输出口；81-螺柱体、82-第三压块；91-连接柱体、92-第二压块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1-2所示，一种大功率八合一空气板线合成器，包括叠合设置的顶部结构件3和底面结构件4，如图5-6所示，在顶部结构件3上设置上盖板1，在底面结构件4上覆盖下盖板2。

如图3-4所示，顶部结构件3包括T形区31、顶部连接孔32、凹形区33、凸起区34、直线区35；T形区31、直线区35和凸起区34依次相连组成顶部结构件3；在T形区31上对称设置顶部连接孔32，用于配合底部连接孔42完成连接柱9的连接。在T形区31和凸起区34之间设置凹形区33，配合后形成安装耦合器5的凸起处，该凸起处位于凸起区34上，耦合器5的两端固定在凸起处的两侧。底面结构件4包括输入区41、底部连接孔42、底部区43；其中，底部区43对称设置在底面结构件4上，在每个底部区43中均设置底部连接孔42，用于完成连接柱9的连接。在每个底部区43上设置四个输入区41，用于配合后续安装底部线板6的信号输入口62。

如图7-10所示，一种大功率八合一空气板线合成器，还包括底部板线6和顶部板线7；底部板线6对称设置在顶部板线7的两侧，且底部板线6和顶部板线7之间通过连接柱9固定。

底部板线6包括螺柱孔61、信号输入口62、底部连接柱孔63和底部板线连接段64；在底部板线连接段64的两端对称设置信号输入口62，每个底部板线连接段64上设置四个信号输入口62，信号输入口62与输入区41一一对应设置；在每个信号输入口62与底部板线连接段64之间设置螺柱孔61，用于配合固定螺柱8。在每个底部板线连接段64的中部设置底部连接柱孔63，用于配合顶部连接柱孔71完成连接柱9固定；配合后，连接柱9贯穿底部连接孔42、底部连接柱孔63、顶部连接柱孔71和顶部连接孔32后完成固定。

顶部板线7包括顶部连接柱孔71、T形顶部板线段72、直线形顶部板线段73、信号输出口74；T形顶部板线段72和直线形顶部板线段73相连构成顶部板线7；在T形顶部板线段72的两端设置顶部连接柱孔71，用于配合底部连接柱孔63完成连接柱9固定；直线形顶部板线段73的一端连接T形顶部板线段72，直线形顶部板线段73的另一端为信号输出口74。

其中，在底部板线连接段64和T形顶部板线段72、直线形顶部板线段73上均设有螺柱孔61，用于配合固定螺柱8。

如图11-12所示，信号输出口74设置在输出端11；信号输入口62设置在输入端10。

如图13所示，信号输入口62包括信号线621和第一压块622，配合后，第一压块622套设在信号线621上，形成信号输入口62。

如图14所示，连接柱9包括连接柱体91和第二压块92；配合后，第二压块92套设在连接柱体91上，形成连接柱9。

如图15所示，螺柱8包括螺柱体81和第三压块82；配合后，第三压块82套设在螺柱体8上，形成螺柱8。

实施例：一种大功率八合一空气板线合成器为S波段大功率八合一空气板线合成器，包括两个底部板线6和一个顶部板线7，底部板线6对称设置在顶部板线7的两侧，且底部板线6和顶部板线7之间通过连接柱9固定。

其中，螺柱8为聚四氟乙烯螺柱，连接柱9为连接铜柱。螺柱8为22个，连接柱9为两个。

底部板线6和顶部板线7均为厚度1mm的镀银铜板，并在相应的位置设置预留孔12（开孔位置左右完全对称，避免导致端口之间一致性问题），用以完成其固定作用。

在信号输入口62和信号输出口74均做了相应的渐变线，由于底部板线6和顶部板线7采用的是“T型结”形式设计，输入50欧的阻抗特性通过仿真得到其线宽为8.8mm,渐变线70.7欧姆的线宽为4.6mm。

由于信号输入口62为非空气板线形式，从而需要将50欧姆的空气板线（线宽8.8mm）转换成50欧的微带线形式（线宽2.0mm），如图13所示，此种转变需要通过第一压块622（聚四氟乙烯压块）来实现阻抗的转换。

螺柱8实现底部板线6和顶部板线7的固定，其实际使用过程中，将螺柱体81与第三压块82插入螺柱孔61，然后通过上盖板1和下盖板2压紧螺柱8的方式，来实现整个底部板线6和顶部板线7的固定作用。

连接柱9（直径为2.4mm）实现将底部板线6和顶部板线7相连，并通过焊接方式将底部板线6和顶部板线7焊接牢固；连接柱9为铜螺柱，第二压块92为聚四氟乙烯环，实现50欧的特性阻抗传输，同时起到定位顶部板线7的作用。

底部板线6和顶部板线7实现微波射频信号的传输；螺柱8起支撑底部板线6和顶部板线7的作用；连接柱9实现底部板线6和顶部板线7之间的连接，使微波射频信号能够顺利的传输至顶部板线7；耦合器5为定向耦合器，实现耦合一部分射频信号用于监测发射机的输出功率，耦合器5采用的是弱耦合形式，耦合度为45dB。

底部板线6和顶部板线7连接完成后放入顶部结构件3和底面结构件4的对应位置，然后再放入上盖板1和下盖板2中，信号输出口74设置在输出端11；信号输入口62设置在输入端10。此处共有8个信号输入口62和一个信号输出口74。

信号输出口74定义为序号1端口，其余信号输入口62分别定义为序号2～9端口，本发明的八合一合成器用矢量网络分析仪测量数据如下表1：

表1 八合一合成器用矢量网络分析仪测量数据

由数据可以看出合成器的输出口驻波（S11）在小于1.5；插入损耗小于0.7dB（理论值为-9dB）；达到了设计初值，该八合一合成器工作在某S波段固态放大器中，其每个端口的输入功率为500W，总输出端口的功率为3200W左右。但是由于固态放大器的输入输出口在同一个平面，而空气板线合成器特点是信号输出口74和信号输入口62在同一平面内互相垂直，为解决此类问题，设计为双层结构。

Claims (7)

1.一种大功率八合一空气板线合成器，其特征在于：包括底部板线（6）和顶部板线（7），所述的底部板线（6）和顶部板线（7）之间通过连接柱（9）固定；所述的底部板线（6）对称设置在顶部板线（7）的两侧，所述的底部板线（6）包括螺柱孔（61）、信号输入口（62）、底部连接柱孔（63）和底部板线连接段（64）；所述的信号输入口（62）对称设置在底部板线连接段（64）的两端，在每个信号输入口（62）与底部板线连接段（64）之间设置螺柱孔（61），用于配合固定螺柱（8）；在每个底部板线连接段（64）的中部设置底部连接柱孔（63）；所述的顶部板线（7）包括顶部连接柱孔（71）、T形顶部板线段（72）、直线形顶部板线段（73）、信号输出口（74），在T形顶部板线段（72）的两端设置顶部连接柱孔（71），直线形顶部板线段（73）的一端连接T形顶部板线段（72），直线形顶部板线段（73）的另一端为信号输出口（74）；所述的信号输出口（74）设置在输出端（11）；所述的信号输入口（62）设置在输入端（10）；所述的输入端（10）和输出端（11）相互垂直；所述的信号输入口（62）包括信号线（621）和第一压块（622），配合后，第一压块（622）套设在信号线（621）上，形成信号输入口（62）；所述的信号线（621）为非空气板线；所述的连接柱（9）包括连接柱体（91）和第二压块（92）；配合后，第二压块（92）套设在连接柱体（91）上，形成连接柱（9），所述的连接柱体（91）为铜螺柱；所述的第一压块（622）和第二压块（92）为聚四氟乙烯压块。

2.根据权利要求1所述的一种大功率八合一空气板线合成器，其特征在于：还包括叠合设计的顶部结构件（3）和底面结构件（4），所述的顶部结构件（3）包括依次相连的T形区（31）、直线区（35）和凸起区（34）；所述的底面结构件（4）包括输入区（41）和底部区（43）；其中，所述的底部区（43）对称设置在底面结构件（4）上，在每个底部区（43）上设置若干个输入区（41）；所述的信号输入口（62）与输入区（41）一一对应设置。

3.根据权利要求2所述的一种大功率八合一空气板线合成器，其特征在于：在所述的T形区（31）和凸起区（34）之间设置凹形区（33），配合后形成安装耦合器（5）的凸起处，耦合器（5）的两端固定在所述的凸起处的两侧。

4.根据权利要求2所述的一种大功率八合一空气板线合成器，其特征在于：在所述的T形区（31）上对称设置顶部连接孔（32），在每个底部区（43）中均设置底部连接孔（42），所述的顶部连接孔（32）和底部连接孔（42）对应设置，配合后，所述的连接柱（9）贯穿底部连接孔（42）、底部连接柱孔（63）、顶部连接柱孔（71）和顶部连接孔（32）后完成固定。

5.根据权利要求1所述的一种大功率八合一空气板线合成器，其特征在于：在所述的底部板线连接段（64）和T形顶部板线段（72）、直线形顶部板线段（73）上均设有用于配合固定螺柱（8）的螺柱孔（61）。

6.根据权利要求4所述的一种大功率八合一空气板线合成器，其特征在于：所述的螺柱（8）包括螺柱体（81）和第三压块（82）；配合后，第三压块（82）套设在螺柱体（81）上，形成螺柱（8）。

7.根据权利要求6所述的一种大功率八合一空气板线合成器，其特征在于：所述的螺柱体（81）为聚四氟乙烯螺柱体，所述的第三压块（82）为聚四氟乙烯压块。

Images