CN112201916B - 气密性平面合成模块、混合功率合成装置及实现方法 - Google Patents

Abstract

气密性平面合成模块、混合功率合成装置及实现方法，方法包括：使用功率芯片、平面合成电路、射频绝缘子、馈电绝缘子、壳体、封帽盖、波导口盖、绝缘子盖等组装成气密性平面合成模块，并通过螺钉将低频板、E‑T结和两个气密性平面合成模块组装实现气密性混合功率合成。采用了平面电路合成和波导网络合成的混合方式，实现了多路功率芯片的小型化大功率合成，适合各类标准波导口的功率合成。同时本发明的方法，在保证混合合成的前提下，实现了功率芯片的气密性设计，可提高产品的长期使用可靠性，实用于功率芯片类型的功率合成方法。

Description

气密性平面合成模块、混合功率合成装置及实现方法

技术领域

本发明属于通信领域，涉及波导合成/微波功分技术，尤其与一种气密性平面合成模块、混合功率合成装置及实现方法有关。

背景技术

功率合成是微波系统中广泛应用的一种功率合成手段，其功能是将多路功率进行功率合成，以获得更大的功率。频段过高后，功率放大器件均采用功率芯片形式进行使用，为了提高功率芯片长期使用的可靠性，避免不适当的液体或固体污染物的侵入和腐蚀，对功放芯片的气密性保护设计尤为重要。

目前，常规的功率合成方法及结构为单纯的平面电路合成和波导合成，无法兼顾平面和波导混合合成的同时又满足气密性要求，且下游应用场景对合成网络的体积及集成度要求越来越高，现有的结构和方法均不能满足需求，有必要进行改进。

发明内容

为解决上述相关现有技术不足，本发明提供一种气密性平面合成模块、混合功率合成装置及实现方法，实现结构紧凑且高度集成的气密性平面合成模块，并利用具有特定结构的E-T结，将气密性平面合成模块输入输出端口转换为垂直平行结构与波导合成网络模块分支波导口进行对接实现信号的传输，功率芯片处于气密性结构中，长期使用可靠性高，具有很强的工程实用性。

为了实现本发明的目的，拟采用以下方案：

气密性混合功率合成装置的实现方法，包括步骤：

提供一E-T结，加工为H型，其一端壁加工出波导输入口，另一端壁加工出波导输出口，连接两端壁的中间水平部的上侧和下侧分别加工出容纳腔，各容纳腔均加工出至少一对波导分支口，每对波导分支口的其中一个连接波导输入口，另一个连接波导输出口；

提供至少一对气密性平面合成模块：

在壳体一面加工出装配腔，装配腔两端与装配腔间隔的加工出探针输入波导口和探针输出波导口，装配腔两侧与装配腔间隔的加工绝缘子腔；将至少一个功率芯片共晶于装配腔；

将平面合成电路与功率芯片外围电路一起通过导电胶烧结于装配腔；将平面合成电路输入端的射频绝缘子烧结于壳体并穿过装配腔连接探针输入波导口，输出端的射频绝缘子烧结于壳体并穿过装配腔连接探针输出波导口；

在平面合成电路的两侧分别连接多个水平设置的水平馈电绝缘子，使水平馈电绝缘子穿过装配腔至壳体的绝缘子腔，在绝缘子腔安装多个垂直设置的垂直馈电绝缘子，使垂直馈电绝缘子向上贯穿壳体，使水平馈电绝缘子与垂直馈电绝缘子连接；

在壳体一面通过激光封焊设置封帽盖以将装配腔密封；在封帽盖上通过螺装方式安装低频板，并使低频板与垂直馈电绝缘子连接，低频板用于功率芯片的馈电；获得气密性平面合成模块；

将气密性平面合成模块向E-T结装配：分别装配于上侧及下侧的容纳腔，装配后，气密性平面合成模块的探针输入波导口和探针输出波导口分别与同一容纳腔的一对波导分支口配合；

装配完成，实现气密性混合功率合成模块。

进一步，探针输入波导口和探针输出波导口的外端分别通过波导口盖密封。

进一步，绝缘子腔的外端通过绝缘子盖密封。

进一步，波导分支口与波导输入口、波导输出口垂直连接。

进一步，气密性平面合成模块装配于容纳腔后，气密性平面合成模块两端面与E-T结的端壁内表面配合，气密性平面合成模块的两侧面与E-T结的两侧面齐平，其中一个气密性平面合成模块背面与E-T结的端壁顶面相匹配，另一个气密性平面合成模块背面与E-T结的端壁底面相匹配，装配完成的气密性混合功率合成模块呈长方体结构。

气密性混合功率合成装置，包括：

E-T结，呈H型，其一端壁具有波导输入口，另一端壁具有波导输出口，连接两端壁的中间水平部的上侧和下侧分别形成有容纳腔，各容纳腔均具有至少一对波导分支口，每对波导分支口的其中一个连接波导输入口，另一个连接波导输出口；

至少一对气密性平面合成模块，分别装配于上侧及下侧的容纳腔，气密性平面合成模块与中间水平部装配的一面具有探针输入波导口和探针输出波导口，装配后，气密性平面合成模块的探针输入波导口和探针输出波导口分别与同一容纳腔的一对波导分支口配合；

其中，气密性平面合成模块，包括：

壳体，其一面形成有装配腔；

至少一个功率芯片，共晶于装配腔；

平面合成电路，与功率芯片外围电路一起通过导电胶烧结于装配腔；平面合成电路输入端的射频绝缘子烧结于壳体并穿过装配腔连接探针输入波导口，输出端的射频绝缘子烧结于壳体并穿过装配腔连接探针输出波导口；平面合成电路的两侧分别连接多个水平设置的水平馈电绝缘子，水平馈电绝缘子穿过装配腔至壳体的绝缘子腔，绝缘子腔设有垂直设置的垂直馈电绝缘子，垂直馈电绝缘子向上贯穿壳体，水平馈电绝缘子与垂直馈电绝缘子连接；

封帽盖，设于壳体一面，用于将装配腔密封；

低频板，设于封帽盖，与垂直馈电绝缘子连接，用于功率芯片的馈电。

气密性平面合成模块，包括

壳体，其一面形成有装配腔；

至少一个功率芯片，共晶于装配腔；

平面合成电路，与功率芯片外围电路一起通过导电胶烧结于装配腔；

封帽盖，设于壳体一面，用于将装配腔密封；

其中，平面合成电路输入端的射频绝缘子烧结于壳体并穿过装配腔连接探针输入波导口，输出端的射频绝缘子烧结于壳体并穿过装配腔连接探针输出波导口；平面合成电路的两侧分别连接多个水平设置的水平馈电绝缘子，水平馈电绝缘子穿过装配腔至壳体的绝缘子腔，绝缘子腔设有垂直设置的垂直馈电绝缘子，垂直馈电绝缘子向上贯穿壳体，水平馈电绝缘子与垂直馈电绝缘子连接。

还包括：低频板，设于封帽盖，与垂直馈电绝缘子连接，用于功率芯片的馈电。

本发明的有益效果在于：

1、混合式功率设计方法，为了多路功率的合成，采用平面电路与波导网络混合设计的方法，将多只功率芯片平面电路合成后再进行波导网络合成。该合成方法集成度较高，具有很强的工程实用性；

2、气密性设计，在壳体内集成了多只功率芯片，输入输出端口采用射频绝缘子的方法作为波导探针，实现同轴与波导的耦合转换，射频绝缘子采用烧结的方法焊接于壳体中，可实现气密性设计。馈电绝缘子作为馈电载体，实现射频与低频之间的馈电，同样采用烧结的方式焊接于壳体中，最终封帽盖通过激光封焊的方式实现内部气密性。

3、紧凑型组装设计，采用灵活的设计将气密性平面合成模块输入输出端口转换为垂直平行结构与波导合成网络模块分支波导口进行对接实现信号的传输，具有体积小，利于安装等特点；

4、可达到每个模块之间独立测试，保证了各个模块之间的性能指标，再完成最终组装实现混合功率合成装置，具有方便测试、指标性能优越等优点。同时集成了气密性设计，满足实际工程需要。

附图说明

本文描述的附图只是为了说明所选实施例，而不是所有可能的实施方案，更不是意图限制本申请的范围。

图1示出了本申请实施例的气密性混合功率合成装置爆炸示意图。

图2示出了本申请实施例的气密性混合功率合成装置装配示意图。

图3示出了本申请实施例的气密性混合功率合成装置另一视角装配示意图。

图4示出了本申请实施例的气密性平面合成模块装配结构示意图。

图5示出了本申请实施例的气密性平面合成模块内部结构示意图。

附图标记：

1-功率芯片，2-平面合成电路，3-射频绝缘子，41-水平馈电绝缘子，42-垂直馈电绝缘子，5-壳体，6-封帽盖，7-波导口盖，8-绝缘子盖，91-波导输入口，92-波导输出口，10-气密性平面合成模块，11-低频板，12-E-T结，101-探针输入波导口，102-探针输出波导口，121-波导分支口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

本实例提供一种气密性混合功率合成装置的实现方法，如图1~3所示，包括步骤：

S1：提供一E-T结12，即波导合成网络模块，加工为H型，其一端壁加工出波导输入口91，另一端壁加工出波导输出口92，连接两端壁的中间水平部的上侧和下侧分别加工出容纳腔，各容纳腔均加工出一对波导分支口121，每对波导分支口121的其中一个垂直连接波导输入口91，另一个垂直连接波导输出口92。

S2：提供一对气密性平面合成模块10，如图4~5所示，主要包括功率芯片1、平面合成电路2、射频绝缘子3、水平馈电绝缘子41、垂直馈电绝缘子42、壳体5、封帽盖6、波导口盖7、绝缘子盖8，组装完成气密性平面合成模块10，然后再将两个气密性平面合成模块10和E-T结12螺装，实现气密性混合功率合成。

具体的：气密性平面合成模块10通过如下步骤实现，如图4~5所示：

S21在壳体5一面加工出装配腔，装配腔两端与装配腔间隔的加工出探针输入波导口101和探针输出波导口102，装配腔两侧与装配腔间隔的加工绝缘子腔；将至少一个功率芯片1共晶于装配腔。

S22将平面合成电路2与功率芯片1外围电路一起通过导电胶烧结于装配腔；将平面合成电路2输入端的射频绝缘子3烧结于壳体5形成探针结构，并穿过装配腔连接探针输入波导口101，实现耦合至波导输入口，输出端的射频绝缘子3烧结于壳体5形成探针结构，并穿过装配腔连接探针输出波导口102，实现耦合至波导输出口；探针输入波导口101和探针输出波导口102的外端分别通过波导口盖7密封，形成完整的波导结构。具体的，波导口盖7以烧结方式装配。

S23在平面合成电路2的两侧分别连接多个水平设置的水平馈电绝缘子41，水平馈电绝缘子41穿过装配腔至壳体5的绝缘子腔，在绝缘子腔安装多个垂直设置的垂直馈电绝缘子42，垂直馈电绝缘子42向上贯穿壳体5，使水平馈电绝缘子41与垂直馈电绝缘子42连接；可实现射频和低频之间的馈电连接，绝缘子腔的外端通过激光封焊绝缘子盖8密封。

S24在壳体5一面通过激光封焊设置封帽盖6以将装配腔密封；内部形成气密结构。

S25在封帽盖6上通过螺装方式安装低频板11，并使低频板11与垂直馈电绝缘子42连接，低频板11用于功率芯片1的馈电；获得气密性平面合成模块10。低频板11可以引线输出进行模块单独测试。

S3：将气密性平面合成模块10向E-T结12装配，分别螺装于上侧及下侧的容纳腔，气密性平面合成模块10的探针输入波导口101和探针输出波导口102分别与同一容纳腔的一对波导分支口121配合对接，实现气密性混合功率合成。

装配完成后，气密性平面合成模块10两端面与E-T结12的端壁内表面配合，气密性平面合成模块10的两侧面与E-T结12的两侧面齐平，其中一个气密性平面合成模块10背面与E-T结12的端壁顶面相匹配，另一个气密性平面合成模块10背面与E-T结12的端壁底面相匹配，装配完成的气密性混合功率合成装置呈长方体结构。

实施例二

本实例提供一种气密性混合功率合成装置，包括：E-T结12以及装配于E-T结12的一对气密性平面合成模块10。

E-T结12即波导合成网络模块。

如图1~3所示实例，E-T结12呈H型，其一端壁具有波导输入口91，另一端壁具有波导输出口92，连接两端壁的中间水平部的上侧和下侧分别形成有容纳腔，各容纳腔均具有一对波导分支口121，每对波导分支口121的其中一个垂直连接波导输入口91，另一个垂直连接波导输出口92。波导分支口121与波导输入口91、波导输出口92垂直连接。

气密性平面合成模块10，分别装配于上侧及下侧的容纳腔，气密性平面合成模块10与中间水平部装配的一面具有探针输入波导口101和探针输出波导口102，装配后，气密性平面合成模块10的探针输入波导口101和探针输出波导口102分别与同一容纳腔的一对波导分支口121配合。

其中，本实例的气密性平面合成模块10，采用如下结构，如图4~5所示，包括壳体5、两只功率芯片1、平面合成电路2等。

具体的，壳体5其一面形成有装配腔；功率芯片1均共晶于装配腔；平面合成电路2与功率芯片1外围电路一起通过导电胶烧结于装配腔；平面合成电路2输入端的射频绝缘子3烧结于壳体5并穿过装配腔连接探针输入波导口101，输出端的射频绝缘子3烧结于壳体5并穿过装配腔连接探针输出波导口102。探针输入波导口101和探针输出波导口102的外端分别通过波导口盖7密封。平面合成电路2的两侧分别连接多个水平设置的水平馈电绝缘子41，水平馈电绝缘子41穿过装配腔至壳体5的绝缘子腔，绝缘子腔设有垂直设置的垂直馈电绝缘子42，垂直馈电绝缘子42向上贯穿壳体5，水平馈电绝缘子41与垂直馈电绝缘子42连接；封帽盖6设于壳体5一面，用于将装配腔密封；低频板11设于封帽盖6，与垂直馈电绝缘子42连接，用于功率芯片1的馈电。

E-T结12通过铣削加工成型，气密性平面合成模块10装配于容纳腔后，气密性平面合成模块10两端面与E-T结12的端壁内表面配合，气密性平面合成模块10的两侧面与E-T结12的两侧面齐平，其中一个气密性平面合成模块10背面与E-T结12的端壁顶面相匹配，另一个气密性平面合成模块10背面与E-T结12的端壁底面相匹配，装配完成的气密性混合功率合成装置呈长方体结构。

上述实施例中，射频输入信号通过输入波导口进入，信号通过E-T结波导功分后与探针输入波导口对接同时进入两个气密性平面合成模块，在模块内部完成平面电路功率合成，合成后通过探针输出波导口与合成网络模块分支波导口进行对接，最终实现了特定频段带宽内多路合成功率输出，具备优越的指标性能。

其中，气密性平面合成模块，采用气密性结构实现，集成了输入输出同轴探针过渡，两侧馈电水平与垂直方式过渡，同时集成了低频板，可现实单个模块的测试。

整体结构形式简单、体积小、通用性强，组装前可进行分别测试，减小装配后对指标的影响，利于小型化集成化高的工程应用。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不表示是唯一的或是限制本发明。本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围情况下，对本发明进行的各种改变或同等替换，均属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.气密性混合功率合成装置的实现方法，其特征在于，包括步骤：

提供一E-T结（12），加工为H型，其一端壁加工出波导输入口（91），另一端壁加工出波导输出口（92），连接两端壁的中间水平部的上侧和下侧分别加工出容纳腔，各容纳腔均加工出至少一对波导分支口（121），每对波导分支口（121）的其中一个连接波导输入口（91），另一个连接波导输出口（92）；

提供至少一对气密性平面合成模块（10）：

在壳体（5）一面加工出装配腔，装配腔两端与装配腔间隔的加工出探针输入波导口（101）和探针输出波导口（102），装配腔两侧与装配腔间隔的加工出绝缘子腔，探针输入波导口（101）和探针输出波导口（102）的外端分别通过波导口盖（7）密封，绝缘子腔的外端通过绝缘子盖（8）密封；

将至少一个功率芯片（1）共晶于装配腔；将平面合成电路（2）与功率芯片（1）外围电路一起通过导电胶烧结于装配腔；

将平面合成电路（2）输入端的射频绝缘子（3）烧结于壳体（5）并穿过装配腔连接探针输入波导口（101），输出端的射频绝缘子（3）烧结于壳体（5）并穿过装配腔连接探针输出波导口（102）；

在平面合成电路（2）的两侧分别连接多个水平设置的水平馈电绝缘子（41），使水平馈电绝缘子（41）穿过装配腔至壳体（5）的绝缘子腔，在绝缘子腔安装多个垂直设置的垂直馈电绝缘子（42），使垂直馈电绝缘子（42）向上贯穿壳体（5），使水平馈电绝缘子（41）与垂直馈电绝缘子（42）连接；

在壳体（5）一面通过激光封焊设置封帽盖（6）以将装配腔密封；在封帽盖（6）上通过螺装方式安装低频板（11），并使低频板（11）与垂直馈电绝缘子（42）连接，低频板（11）用于功率芯片（1）的馈电；获得气密性平面合成模块（10）；

将气密性平面合成模块（10）向E-T结（12）装配：分别装配于上侧及下侧的容纳腔，装配后，气密性平面合成模块（10）的探针输入波导口（101）和探针输出波导口（102）分别与同一容纳腔的一对波导分支口（121）配合对接；

装配完成，实现气密性混合功率合成。

2.根据权利要求1所述的气密性混合功率合成装置的实现方法，其特征在于，波导分支口（121）与波导输入口（91）、波导输出口（92）垂直连接。

3.根据权利要求1所述的气密性混合功率合成装置的实现方法，其特征在于，气密性平面合成模块（10）装配于容纳腔后，气密性平面合成模块（10）两端面与E-T结（12）的端壁内表面配合，气密性平面合成模块（10）的两侧面与E-T结（12）的两侧面齐平，其中一个气密性平面合成模块（10）背面与E-T结（12）的端壁顶面相匹配，另一个气密性平面合成模块（10）背面与E-T结（12）的端壁底面相匹配，装配完成的气密性混合功率合成装置呈长方体结构。

4.气密性混合功率合成装置，其特征在于，包括：

E-T结（12），呈H型，其一端壁具有波导输入口（91），另一端壁具有波导输出口（92），连接两端壁的中间水平部的上侧和下侧分别形成有容纳腔，各容纳腔均具有至少一对波导分支口（121），每对波导分支口（121）的其中一个连接波导输入口（91），另一个连接波导输出口（92）；

至少一对气密性平面合成模块（10），分别装配于上侧及下侧的容纳腔，气密性平面合成模块（10）与中间水平部装配的一面具有探针输入波导口（101）和探针输出波导口（102），装配后，气密性平面合成模块（10）的探针输入波导口（101）和探针输出波导口（102）分别与同一容纳腔的一对波导分支口（121）配合；

其中，气密性平面合成模块（10），包括：

壳体（5），其一面形成有装配腔；

至少一个功率芯片（1），共晶于装配腔；

平面合成电路（2），与功率芯片（1）外围电路一起通过导电胶烧结于装配腔；平面合成电路（2）输入端的射频绝缘子（3）烧结于壳体（5）并穿过装配腔连接探针输入波导口（101），输出端的射频绝缘子（3）烧结于壳体（5）并穿过装配腔连接探针输出波导口（102）；平面合成电路（2）的两侧分别连接多个水平设置的水平馈电绝缘子（41），水平馈电绝缘子（41）穿过装配腔至壳体（5）的绝缘子腔，绝缘子腔设有垂直设置的垂直馈电绝缘子（42），垂直馈电绝缘子（42）向上贯穿壳体（5），水平馈电绝缘子（41）与垂直馈电绝缘子（42）连接；

封帽盖（6），设于壳体（5）一面，用于将装配腔密封；

低频板（11），设于封帽盖（6），与垂直馈电绝缘子（42）连接，用于功率芯片（1）的馈电；

探针输入波导口（101）和探针输出波导口（102）的外端分别通过波导口盖（7）密封，绝缘子腔的外端通过绝缘子盖（8）密封。

5.根据权利要求4所述的气密性混合功率合成装置，其特征在于，波导分支口（121）与波导输入口（91）、波导输出口（92）垂直连接。

6.根据权利要求4所述的气密性混合功率合成装置，其特征在于，E-T结（12）通过铣削加工成型，气密性平面合成模块（10）装配于容纳腔后，气密性平面合成模块（10）两端面与E-T结（12）的端壁内表面配合，气密性平面合成模块（10）的两侧面与E-T结（12）的两侧面齐平，其中一个气密性平面合成模块（10）背面与E-T结（12）的端壁顶面相匹配，另一个气密性平面合成模块（10）背面与E-T结（12）的端壁底面相匹配，装配完成的气密性混合功率合成装置呈长方体结构。

7.气密性平面合成模块，其特征在于，包括：

壳体（5），其一面形成有装配腔；

至少一个功率芯片（1），共晶于装配腔；

平面合成电路（2），与功率芯片（1）外围电路一起通过导电胶烧结于装配腔；

封帽盖（6），设于壳体（5）一面，用于将装配腔密封；

其中，平面合成电路（2）输入端的射频绝缘子（3）烧结于壳体（5）并穿过装配腔连接探针输入波导口（101），输出端的射频绝缘子（3）烧结于壳体（5）并穿过装配腔连接探针输出波导口（102）；平面合成电路（2）的两侧分别连接多个水平设置的水平馈电绝缘子（41），水平馈电绝缘子（41）穿过装配腔至壳体（5）的绝缘子腔，绝缘子腔设有垂直设置的垂直馈电绝缘子（42），垂直馈电绝缘子（42）向上贯穿壳体（5），水平馈电绝缘子（41）与垂直馈电绝缘子（42）连接；

探针输入波导口（101）和探针输出波导口（102）的外端分别通过波导口盖（7）密封，绝缘子腔的外端通过绝缘子盖（8）密封；

还包括：低频板（11），设于封帽盖（6），与垂直馈电绝缘子（42）连接，用于功率芯片（1）的馈电。

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