CN116865697A - 一种Ku频段宽带多端口功率放大器 - Google Patents

一种Ku频段宽带多端口功率放大器 Download PDF

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马尚
张舸
黄涛
贺捷
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Abstract

本发明涉及一种Ku频段宽带多端口功率放大器，该功率放大器包括输入巴特勒矩阵、N个放大通道、输出巴特勒矩阵，N≥2；输入巴特勒矩阵，将每个输入端口的Ku频段宽带信号进行功率分配和相位偏移，分成N个Ku频段宽带信号，来自同一个输入端口的Ku频段宽带信号，分配到不同的输出端口时，相位偏移各不相同；N个放大通道，用于分别对输入巴特勒矩阵的多路输出信号进行增益放大、相位调整处理，N个放大通道幅相特性一致并相互隔离；输出巴特勒矩阵，将每个输入端口的Ku频段宽带信号进行功率分配和相位偏移，到达输出端口的信号来自于输入巴特勒矩阵同一个输入端口且相位相同，输出端口再将Ku频段宽带信号进行功率合成。

Description

一种Ku频段宽带多端口功率放大器
技术领域
本发明涉及一种Ku频段宽带多端口功率放大器，属于静止轨道高通量通信卫星有效载荷技术领域。
背景技术
通信卫星具有通信距离远、覆盖范围广、传输容量大、组网速度快、通信质量高等特点，能够为全球各种终端之间提供稳定可靠的语音、图像、数据通信等多项业务。传统的用于固定通信业务的卫星发展已经逐步趋于饱和，高通量卫星(High ThroughputSatellite，简称HTS)通信逐步成为信息基础设施的重要组成部分，需求增长迅速。高通量卫星具有双向通信能力，不仅能够实现数据下载，同时还可实现数据的上传业务。高通量卫星有效载荷一方面用于远程教育、远程医疗、应急救灾等公益事业；另一方面为个人和企业提供宽带多媒体和高速率的Internet等商业应用。高通量通信卫星系统分空间段、地面段、用户段三部分组成。空间段包括一颗或多颗卫星，提供转发功能；地面段主要由信关站(或称馈电站)和测控站组成，用于控制卫星、无线资源的分配、用户的管理与控制、业务的路由与交换等，也提供与地面网络的互联互通和业务接入；用户段由机载、舰载、固定用户等各种用户终端组成。
市场业务分析表明，宽带通信卫星对业务容量需求呈动态分布。载荷功率资源有限，固定分配会造成资源上的浪费，用户业务高峰期或降雨衰减时，容易导致服务质量下降。根据上述情况，载荷通过MPA(multi-port amplifier)技术实现动态配置各个波束的输出功率，MPA具有功率、带宽动态调配等优点，近几年在高通量卫星得到广泛应用。
传统MPA工作在L、S频段，且以固放(SSPA)产品为基础进行设计，目前高通量卫星工作频率多集中在Ku、Ka频段，大多采用行波管放大器，传统MPA设计方案无法满足现有的高通量卫星需求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种Ku频段宽带多端口功率放大器，同时对多通道Ku频段宽带进行放大，满足现有的高通量卫星需求。
本发明解决技术的方案是：一种Ku频段宽带多端口功率放大器，该功率放大器包括输入巴特勒矩阵、N个放大通道、输出巴特勒矩阵，N≥2；
输入巴特勒矩阵，包括N个输入端口和N个输出端口，将每个输入端口的Ku频段宽带信号进行功率分配和相位偏移，分成N个Ku频段宽带信号，来自同一个输入端口的Ku频段宽带信号，分配到不同的输出端口时，相位偏移各不相同；
N个放大通道，用于分别对输入巴特勒矩阵的多路输出信号进行增益放大、相位调整处理，N个放大通道幅相特性一致并相互隔离；
输出巴特勒矩阵，包括N个输入端口和N个输出端口，将每个输入端口的Ku频段宽带信号进行功率分配和相位偏移，到达输出端口的信号来自于输入巴特勒矩阵同一个输入端口且相位相同，输出端口再将Ku频段宽带信号进行功率合成。
优选地，所述放大通道包括同轴开关、移相衰减模块、行波管放大器、波导开关；同轴开关、移相器组件、行波管放大器、波导开关依次串联连接；
同轴开关闭合后Ku频段宽带信号进入移相衰减模块；
移相衰减模块，根据控制输入信号，对Ku频段宽带信号进行相位调节、增益调节后输出至行波管放大器；所述控制输入信号包括相位偏移量和衰减量；
行波管放大器，将移相衰减模块输出的信号放大后经过波导开关输出。
优选地，所述N个放大器的移相衰减模块集成在移相器组件中，所述多通道移相组件还包括主份电源模块、备份电源模块、主份协议转换电路、备份协议转换模块、供电控制电路；
主份电源模块和备份电源模块，为移相衰减模块、主份协议转换电路、备份协议转换模块、供电控制电路提供二次电源；
N个移相衰减模块，根据控制输入信号，分别对Ku频段宽带信号进行相位调节、增益调节，使得从各移相衰减模块输出的每路信号幅度相位特性保持一致；
主份协议转换电路和备份协议转换电路，将外部输入的UART协议TTL电平的控制数据进行协议解析，得到每个移相衰减模块的相位偏移量和衰减量，将相位偏移量和衰减量转换为LVTTL电平的控制输入信号输出给相应的移相衰减模块，并将移相衰减模块输出的遥测信号打包转换为UART协议的数据输出；
供电控制电路，将二次电源信号连接至主份协议转换电路和备份协议转换电路，为移相衰减器模块提供温补电压，为主份协议转换电路和备份协议转换电路提供开关机使能信号，为主份电源模块和备份电源模块提供电源开关控制信号；
主份协议转换电路和备份协议转换电路，在开关使能信号的控制下，采用二选一的方式工作；
主份电源模块和备份电源模块，根据电源开关控制信号，采用二选一的方式工作。
优选地，N个移相衰减模块的相位偏移量通过如下方法标定得到：
标定各放大通道的相位偏移量，以相位偏移量的最大值对应的放大通道作参考通道，其他放大通道与参考通道的相位偏移量之差，即为各放大通道的相位偏移量。
优选地，所述输入巴特勒矩阵的输入功率为毫瓦级，输出巴特勒矩阵的输入功率为百瓦级。
优选地，所述输入巴特勒矩阵为窗花型巴特勒矩阵。
优选地，所述输入巴特勒矩阵由矩形同轴线3dB电桥组合实现；矩形同轴线3dB电桥与输入巴特勒矩阵的输出端之间采用短路分支线的结构连接。
优选地，所述输出巴特勒矩阵由单孔耦合波导混合桥实现，单孔耦合波导混合桥之间通过蝴蝶结形状的膜片连接。
优选地，所述行波管放大器的相位特性满足如下条件：
a、工作温度范围内，Ku行波管放大器相对相位变化小于25度；
b、在额定输入电平范围内，Ku行波管放大器相对相位变化小于10度。
优选地，所述输出波导采用卡波导管式的固定，并且各输出波导在空间上采用多层重叠的布局方式布局。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)、本发明在输入巴特勒矩阵设计中配置了移相器组件，可以在360度范围内调整各个通道的相移特性以确保通道间幅相一致性要求。
(2)、本发明通过对行波管放大器的开关备份环的相位设计，保证了任何一个行波管切换至备份时均与主份相位一致。
(3)、本发明在输入巴特勒矩阵采用短路分支线结构，输出巴特勒矩阵中采用扭波导方法进行相位调节，保证了射频通道之间相位一致性。
附图说明
图1为本发明实施例Ku频段MPA组成框图；
图2为本发明实施例移相器组件的结构组成。
图3为本发明实施例MPA产品端口隔离度仿真曲线；
图4为本发明实施例输入巴特勒矩阵原理框图；
图5为本发明实施例行波管放大器测试框图；
图6为本发明实施例行波管放大器不同增益档位下的相位特性曲线；
图7(a)为第一种放大通道输出波导错误设计布局示意图；
图7(b)为第二种放大通道输出波导错误设计布局示意图；
图8为放大通道输出波导正确设计布局示意图；
图9为本发明实施例各通道相位一致性曲线；
图10(a)为MPA产品最低档位下端口隔离测试曲线；
图10(b)为MPA产品最高档位下端口隔离测试曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明某一具体实施例，提供了一种Ku频段宽带多端口功率放大器(MPA)，该功率放大器具备对分路出来的信号进行增益放大、相位调整功能，并且可以单独进行信号通断控制。
如图1所示，所述Ku频段宽带多端口功率放大器(MPA)，该功率放大器包括输入巴特勒矩阵、N个放大通道、输出巴特勒矩阵，N≥2；本实施例中,N为4。
输入巴特勒矩阵，包括N个输入端口和N个输出端口，将每个输入端口的Ku频段宽带信号进行功率分配和相位偏移，分成N个Ku频段宽带信号，来自同一个输入端口的Ku频段宽带信号，分配到不同的输出端口时，相位偏移各不相同；
N个放大通道，用于分别对输入巴特勒矩阵的多路输出信号进行增益放大、相位调整处理，N个放大通道幅相特性一致并相互隔离；
输出巴特勒矩阵，包括N个输入端口和N个输出端口，将每个输入端口的Ku频段宽带信号进行功率分配和相位偏移，到达输出端口的信号来自于输入巴特勒矩阵同一个输入端口且相位相同，输出端口再将Ku频段宽带信号进行功率合成。
考虑到放大器的可靠性，本实施例中，4X4 MPA通过设置与放大通道并联的2个备份通道，可以满足任意一路通道失效或者不相邻的两路通道失效情况下，MPA系统工作正常，即N扩展为6。采用6:4环备份设计，这样能保证任意一个行放失效或任意两个相邻的行放失效，MPA功能正常。
(1)、放大通道设计
由于MPA的关键性能依赖于各个放大通道的幅相一致性，因此，本发明在MPA设计中配置了移相器组件，可以在360度范围内调整各个通道的相移特性以确保通道间幅相一致性要求。
所述放大通道包括同轴开关、移相衰减模块、行波管放大器、波导开关；同轴开关、移相衰减模块、行波管放大器、波导开关依次串联连接；
同轴开关闭合后Ku频段宽带信号进入移相衰减模块；
移相衰减模块，根据控制输入信号，对Ku频段宽带信号进行相位调节、增益调节后输出至行波管放大器；所述控制输入信号包括相位偏移量和衰减量；
行波管放大器，将移相衰减模块输出的信号放大后经过波导开关输出。
如图2所示，所述N个放大器的移相衰减模块集成在移相器组件中，移相器组件是实现MPA通道相位调节的重要组件，它还包括主份电源模块、备份电源模块、主份协议转换电路、备份协议转换模块、供电控制电路，可响应外部控制信号实现对N路输入信号的放大、相位调节、增益调节、开关等功能。
主份电源模块和备份电源模块，为移相衰减模块、主份协议转换电路、备份协议转换模块、供电控制电路提供二次电源；本实施例中，主份电源模块和备份电源模块将卫星平台提供的100V母线转换成移相衰减模块和协议转换电路所需的+7V和-10V的二次电，并满足相关的接口要求。
N个移相衰减模块，根据控制输入信号，分别对Ku频段宽带信号进行相位调节、增益调节，使得从各移相衰减模块输出的每路信号幅度相位特性保持一致；
主份协议转换电路和备份协议转换电路，将外部输入的UART协议TTL电平的控制数据进行协议解析，得到每个移相衰减模块的相位偏移量和衰减量，将相位偏移量和衰减量转换为LVTTL电平的控制输入信号输出给相应的移相衰减模块，并将移相衰减模块输出的遥测信号打包转换为UART协议的数据输出；
供电控制电路，将二次电源信号连接至主份协议转换电路和备份协议转换电路，为移相衰减器模块提供温补电压，为主份协议转换电路和备份协议转换电路提供开关机使能信号，为主份电源模块和备份电源模块提供电源开关控制信号；
主份协议转换电路和备份协议转换电路，在开关使能信号的控制下，采用二选一的方式工作；
主份电源模块和备份电源模块，根据电源开关控制信号，采用二选一的方式工作。
N个移相衰减模块的相位偏移量通过如下方法标定得到：
标定各放大通道的相位偏移量，以相位偏移量的最大值对应的放大通道作参考通道，其他放大通道与参考通道的相位偏移量之差，即为各放大通道的相位偏移量。
考虑到行波管放大器切换备份时的通道幅相一致性要求，在切换备份行放时，要求每个通道同步切换至相邻行波管放大器，布局时确保各通道切换至相邻行放时的物理路径保持一致，以保证额外的损耗和相移保持一致。
移相器组件设计过程中的重难点工作主要集中在多通道组件的小型化和组件多通道之间一致性的设计实现上。
针对小型化的问题，本发明实施例移相器组件在国产化第四代接收机架构的基础上，结合产品自身性能特点研制了小型化双面开腔结构的移相器组件，该组件集成了6通道移相衰减模块。
所述双面开腔结构壳体并排紧固在底座上，其中低频的电接口都位于电源(主份电源和备份电源)的一侧，控制及遥测的输入输出位于协议转换电路(包括主份协议转换电路和备份协议转换电路)的一侧。模块管壳和电路的壳体在底面通过螺钉与底座紧固在一起，同时在两侧的底部采用L形支架将各部分拉紧的同时固定在底座上，在两侧的上部通过两根拉条使各部分紧密连接。
在提供集成密度的同时实现了6个通道之间射频信号和低频信号的良好隔离。多通道产品的通道间一致性和多通道指标准确测试一直是该类产品的重难点问题，针对通道的一致性问题，移相器组件在设计初期即通过充分仿真验证、射频链路优化、元器件一致性筛选、加工装配工艺一致性控制等措施加严要求；测试阶段通过绝对测试、相对测试相结合的手段，在简化测试量的同时实现了通道指标的准确测试。移相器组件在MPA联试中相位调整灵活、步径准确，满足系统指标要求。
为实现MPA系统端口隔离满足20dB指标要求，各通道幅相一致性需控制在0.2dB和5度范围以内，通道内的移相衰减模块、行波管放大器、开关以及波导电缆均需要严控幅度和相位关系。本实施例将MPA每台单机幅度相位参数导入分析软件，进行MPA整体仿真，仿真结果如图3所示，图3中给出了1端口输入情况下，端口5、6、7、8的增益特性，m1和m5为端口8的输出增益，m1的频率为10.75GHz，增益为43.268dB，m5的频率为12.75GHz，增益为43.266dB；m2和m6为端口7的输出增益，m2的频率为10.75GHz，增益为21.994dB，m6的频率为12.75GHz，增益为22.155dB，m3和m7为端口6的输出增益，m3的频率为10.75GHz，增益为15.412dB，m7的频率为12.75GHz，增益为15.698dB，m4和m8为端口5的输出增益，m4的频率为10.76GHz，增益为-7.107dB，m8的频率为12.75GHz，增益为3.365dB。根据仿真结果，当各通道的幅相一致性满足0.2dB和5度的要求时，端口隔离可以达到20dB，能够满足用户使用要求。
(2)、巴特勒矩阵设计
巴特勒矩阵用于将多路发射信号进行功分合成，输入巴特勒矩阵与输出巴特勒矩阵分别应用在功率放大器前端后端，共同组成了多端口功率放大器(MPA)。输入巴特勒矩阵与输出巴特勒矩阵在电路原理上完全相同，其不同点在于输入功率上，分别为毫瓦级与百瓦级。巴特勒矩阵在加工、制造工程中的各种误差很容易带来幅度和相位的偏差，进而影响整个MPA的关键技术指标。
(2.1)、输入巴特勒矩阵
如图4所示，输入巴特勒矩阵采用了一种窗花型巴特勒矩阵，由矩形同轴线3dB电桥组合实现，3dB电桥是组成Butler矩阵的重要元件，实现信号在输入端口与输出端口间分配，并保持输入端口之间、输出端口之间的隔离。为获得良好的宽带特性，在结构上，矩形同轴线3dB电桥与输入巴特勒矩阵的输出端之间采用短路分支线的结构连接。短路分支线结构具有较宽带功率分配、端口隔离特性和稳定的90°移相特性。短路分支线把3dB定向耦合器进行两两相连，使得巴特勒矩阵内、外导体实现了一体化设计，保证了批量化产品的一致性；有效的拓展了产品的工作带宽，实现了带内幅频等波纹特性。
本实施例输入butler矩阵由腔体盖板及8个SMA构成，腔体的结构形式为十字对称结构，输入输出端分别在腔体四端，腔体采用高强度铝合金材料，表面处理D.Ag7，解决了重量和电性能多方面的要求。
(2.2)、输出巴特勒矩阵
输出巴特勒矩阵由单孔耦合波导混合桥实现，单孔耦合波导混合桥之间通过蝴蝶结形状的膜片连接。蝴蝶结形状的膜片将波导口旋转90度，巧妙地实现一个混合桥在两个混合桥的跨接。
输出巴特勒矩阵采用了矩形波导裂缝电桥，其电特性原理为波导耦合段设计为TE20模传输结构。
在结构设计方面，通过提高腔体内部尺寸公差(由常规的±0.03提高到±0.02)，且腔体内部尺寸呈对称标注，以此手段来提高加工的精确度和一致性，保证设计与实物、实物与实物之间的一致性。
组件由腔体与上下盖板组成，腔体正反两面对称，盖板为两种形式。为方便装配中间法兰部分螺钉，中间做减轻处理。设计M2.5的螺孔用于盖板和腔体连接。盖板整体厚度2mm，局部设计有2mm加强筋，提高盖板整体强度，表面镀银7μm处理。由于正反两面腔体距离原因，法兰为非标法兰接口。考虑机械加工，腔体中间部分掏空，保证强度的同时保证装配方便。
(3)行波管放大器设计
行波管放大器的相位特性直接决定通道相位特性，精准测试行波管相位特性是关键考虑因素。
本发明行波管放大器的相位特性满足如下条件：
a、工作温度范围内，Ku行波管放大器相对相位变化小于25度；
b、在额定输入电平范围内，Ku行波管放大器相对相位变化小于10度。
本实施例中，MPA中使用的行波管放大器选取TED公司的货架产品(THA4825R)，输出功率为190W。
如图5所示，行波管放大器的相位测试框图，行波管放大器的输入端口直接接入矢量网络分析仪输出端口，输出端口通过测试耦合器，大功率负载和波导同轴转换接入矢量网络分析仪的输入端口。
如图6所示，为行波管放大器在10.75GHz～12.75GHz频率范围内不同增益档位下的相位响应特性。
(4)输出波导设计
输出波导在布局设计上也需考虑相位一致性要求，布局设计完需进行分析验证，特别是对于波导长度一致但电场方向相反的布局需格外注意。
图7(a)和图7(b)给出镜像对称波导布局方案，波导输入端口电场方向和波导输出端口电场方向经过波导组件传输后发生电场方向突变情况，由于MPA内部传输为矢量信号，电场方向突变会导致传输信号相位不一致，无法完成信号合成功能。故该方案无法应用在MPA内部稳相波导布局中。
图8给出本实施例内部通道波导布局示意图。本实施例的波导布局设计中，充分利用垂直舱板方向的空间，从而在保证设备布局空间的条件下，完成波导高密度设计，部分空间极其狭小的区域，各输出波导在空间上走向相同，并采用多层重叠的布局方式布局，层数甚至达到5层。同时，改变传统的波导支撑方式，采用卡波导管式的固定方式固定连接在舱板上，固定点选取更加灵活，提高支架的复用率，降低因波导支撑导致的重量成本。
图9是采用了图8的设计方法之后，对射频通道的相位进行调配的结果，通道间相位差≤5°。
(5)测试验证
本实施例提供的MPA产品通过地面联试测试、在轨应用表明，MPA系统设计正确，单机产品指标分配合理，满足用户使用要求。
如图10(a)、图10(b)所示，10(a)为行波管放大器最低增益档位下不同输出端口的隔离度曲线；10(b)为行波管放大器最高增益档位下不同输出端口的隔离度曲线。
本实施例描述了Ku频段宽带MPA设计方法和关键电路实现方案，从测试结果可以看出MPA产品在2GHz带宽范围内，端口隔离符合20dB设计指标要求。通过卫星两年多在轨使用验证，MPA产品满足用户使用需求，其设计思路也可以推广至其他高通量卫星工程应用中。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种Ku频段宽带多端口功率放大器，其特征在于包括输入巴特勒矩阵、N个放大通道、输出巴特勒矩阵，N≥2；
输入巴特勒矩阵，包括N个输入端口和N个输出端口，将每个输入端口的Ku频段宽带信号进行功率分配和相位偏移，分成N个Ku频段宽带信号，来自同一个输入端口的Ku频段宽带信号，分配到不同的输出端口时，相位偏移各不相同；
N个放大通道，用于分别对输入巴特勒矩阵的多路输出信号进行增益放大、相位调整处理，N个放大通道幅相特性一致并相互隔离；
输出巴特勒矩阵，包括N个输入端口和N个输出端口，将每个输入端口的Ku频段宽带信号进行功率分配和相位偏移，到达输出端口的信号来自于输入巴特勒矩阵同一个输入端口且相位相同，输出端口再将Ku频段宽带信号进行功率合成。
2.根据权利要求1所述的一种Ku频段宽带多端口功率放大器，其特征在于所述放大通道包括同轴开关、移相衰减模块、行波管放大器、波导开关；同轴开关、移相器组件、行波管放大器、波导开关依次串联连接；
同轴开关闭合后Ku频段宽带信号进入移相衰减模块；
移相衰减模块，根据控制输入信号，对Ku频段宽带信号进行相位调节、增益调节后输出至行波管放大器；所述控制输入信号包括相位偏移量和衰减量；
行波管放大器，将移相衰减模块输出的信号放大后经过波导开关输出。
3.根据权利要求1所述的一种Ku频段宽带多端口功率放大器，其特征在于所述N个放大器的移相衰减模块集成在移相器组件中，所述多通道移相组件还包括主份电源模块、备份电源模块、主份协议转换电路、备份协议转换模块、供电控制电路；
主份电源模块和备份电源模块，为移相衰减模块、主份协议转换电路、备份协议转换模块、供电控制电路提供二次电源；
N个移相衰减模块，根据控制输入信号，分别对Ku频段宽带信号进行相位调节、增益调节，使得从各移相衰减模块输出的每路信号幅度相位特性保持一致；
主份协议转换电路和备份协议转换电路，将外部输入的UART协议TTL电平的控制数据进行协议解析，得到每个移相衰减模块的相位偏移量和衰减量，将相位偏移量和衰减量转换为LVTTL电平的控制输入信号输出给相应的移相衰减模块，并将移相衰减模块输出的遥测信号打包转换为UART协议的数据输出；
供电控制电路，将二次电源信号连接至主份协议转换电路和备份协议转换电路，为移相衰减器模块提供温补电压，为主份协议转换电路和备份协议转换电路提供开关机使能信号，为主份电源模块和备份电源模块提供电源开关控制信号；
主份协议转换电路和备份协议转换电路，在开关使能信号的控制下，采用二选一的方式工作；
主份电源模块和备份电源模块，根据电源开关控制信号，采用二选一的方式工作。
4.根据权利要求1所述的一种Ku频段宽带多端口功率放大器，其特征在于，N个移相衰减模块的相位偏移量通过如下方法标定得到：
标定各放大通道的相位偏移量，以相位偏移量的最大值对应的放大通道作参考通道，其他放大通道与参考通道的相位偏移量之差，即为各放大通道的相位偏移量。
5.根据权利要求2所述的一种Ku频段宽带多端口功率放大器，其特征在于所述输入巴特勒矩阵的输入功率为毫瓦级，输出巴特勒矩阵的输入功率为百瓦级。
6.根据权利要求2所述的一种Ku频段宽带多端口功率放大器，其特征在于所述输入巴特勒矩阵为窗花型巴特勒矩阵。
7.根据权利要求2所述的一种Ku频段宽带多端口功率放大器，其特征在于所述输入巴特勒矩阵由矩形同轴线3dB电桥组合实现；矩形同轴线3dB电桥与输入巴特勒矩阵的输出端之间采用短路分支线的结构连接。
8.根据权利要求2所述的一种Ku频段宽带多端口功率放大器，其特征在于所述输出巴特勒矩阵由单孔耦合波导混合桥实现，单孔耦合波导混合桥之间通过蝴蝶结形状的膜片连接。
9.根据权利要求2所述的一种Ku频段宽带多端口功率放大器，其特征在于所述行波管放大器的相位特性满足如下条件：
a、工作温度范围内，Ku行波管放大器相对相位变化小于25度；
b、在额定输入电平范围内，Ku行波管放大器相对相位变化小于10度。
10.根据权利要求1所述的一种Ku频段宽带多端口功率放大器，其特征在于所述输出波导采用卡波导管式的固定，并且各输出波导在空间上采用多层重叠的布局方式布局。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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