CN202772253U - 四合一hf高功率合成器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种四合一HF高功率合成器，包括第一阻抗变换器、第二阻抗变换器、第三阻抗变换器、第四阻抗变换器，第一二合一巴伦、第二二合一巴伦、第三二合一巴伦，第一阻抗变换器和第二阻抗变换器的输出端均与第一二合一巴伦的输入端连接，第三阻抗变换器和第四阻抗变换器的输出端均与第二二合一巴伦的输入端连接，第一二合一巴伦的输出端与第二二合一巴伦的输出端均与第三二合一巴伦的输入端连接。本实用新型适合多级功放电路，多路高功率射频信号合成时效率高，损耗小。

Description

四合一HF高功率合成器

技术领域

本实用新型涉及一种射频HF波段合成器，特别是一种基于巴伦原理的四合一HF高功率合成器。 

背景技术

目前，国内市场上射频电源产品有国产传统电子管射频电源和进口全固态射频电源（如AE、MKS、COMDEL等国外的公司）。进口固态射频电源所占市场份额增长很快，近两年每年增长率大约达40%，国内主要是做些代理。 

随着电子行业发展，射频电源使用的覆盖面越来越广，需求量越来越大，特别是高功率固态射频电源，在目前晶体管单管输出功率无法达到2千瓦以上，就必需采用功率合成技术，传统的功率合成技术已经无法满足现代化工业的需求，目前的多种合成技术在生产、实验过程中存在以下技术难题： 

（1）只适合小功率合成，大功率合成则存在损耗大合成效率低，如微带线合成。 

（2）用于HF波段多级合成体积大，成本高，如λ/4合成技术，在HF波段使用介电系数较大的聚四氟乙烯同轴电缆在30MHz时，四分之一波长达到1.56米，低于30M时则更长，而且同轴电缆价格昂贵。 

（3）合成器中的分立器件一致性难以控制，如wilkinson合成器，采用电感电容分立器件，在大功率合成时电感的一致性很难控制，同时电容需要相当高的耐压值。 

（4）合成器需要非标特性阻抗的同轴电缆，如λ/4特性阻抗变换合成法，合成转换电缆往往是一些非标的，不易于实验生产。 

另外，传统使用的射频电源技术均为基于陶瓷电子管自激励，和全固态射频源相比存在寿命短，频率不稳定，功率波动大，效率较低等缺点，而国内部分厂家的大功率固态射频源存在体积大，工作不稳定等状况，其中一个主要原因就是大功率合成器不稳定，性能欠缺导致。 

发明内容

针对背景技术中所述的现有的固态射频电源存在的合成器体积大，效率低，一致性难控制的应用局限问题，本实用新型提供一种四合一HF高功率合成器。 

实现本实用新型目的的技术方案如下： 

四合一HF高功率合成器，包括第一阻抗变换器、第二阻抗变换器、第三阻抗变换器、第四阻抗变换器，第一二合一巴伦、第二二合一巴伦、第三二合一巴伦，第一阻抗变换器和第二阻抗变换器的输出端均与第一二合一巴伦的输入端连接，第三阻抗变换器和第四阻抗变换器的输出端均与第二二合一巴伦的输入端连接，第一二合一巴伦的输出端与第二二合一巴伦的输出端均与第三二合一巴伦的输入端连接。 

第一阻抗变换器、第二阻抗变换器、第三阻抗变换器、第四阻抗变换器均为1：4的阻抗变换器。 

在第一阻抗变换器和第二阻抗变换器的输出端之间连接一个第一隔离电阻，在第三阻抗变换器和第四阻抗变换器的输出端之间连接一个第二隔离电阻。 

在第一阻抗变换器的输出端还与一个第一补偿电容的一端连接，该第一补偿电容的另一端接地，在第二阻抗变换器的输出端还与一个第二补偿电容的一端连接，该第二补偿电容的另一端接地，在第三阻抗变换器的输出端还与一个第三补偿电容的一端连接，该第三补偿电容的另一端接地，在第四阻抗变换器的输出端还与一个第四补偿电容的一端连接，该第四补偿电容的另一端接地。 

在第一二合一巴伦的输出端和第二二合一巴伦的输出端之间连接一个第三隔离电阻。 

在第一二合一巴伦的输出端还与一个第五补偿电容的一端连接，该第五补偿电容的另一端接地，在第二二合一巴伦的输出端还与一个第六补偿电容的一端连接，该第六补偿电容的另一端接地。 

采用了上述方案，相等功率、特性阻抗为50Ω的四路输入功率个经过各个1：4阻抗变换器后，将特性阻抗从50Ω提升至200Ω，然后将4路功率两两合成，从而将4路输入功率变换成特性阻抗为100Ω两组功率，然后将这两组功率 再次合成，从而达到输出阻抗为50Ω，功率大小等于4路输入功率之和。同时输入采取升阻抗的变换，可以降低铁氧体磁环上的损耗，同时大大提高了可靠性。本实用新型采用独特的功率合成技术，本实用新型的优点在于： 

（1）适合多级功放电路，多路高功率射频信号合成时效率高，损耗小 

（2）调试方便，生产过程中一致性可以得到很好控制，减小不必要的损失

（3）体积小，且易于冷却 

（4）大大降低了成本，有利于生产 

（5）本实用新型的核心部件阻抗变换器、二合一巴伦采用进口软磁铁氧体制成，所以其工作寿命长，连续工作时间长，体积小巧，损耗小。 

附图说明

图1为本实用新型四合一HF高功率合成器的方框图； 

图2为本实用新型四合一HF高功率合成器的原理图； 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。 

参照图1，本实用新型的四合一HF高功率合成器，包括第一阻抗变换器10、第二阻抗变换器20、第三阻抗变换器30、第四阻抗变换器40，第一二合一巴伦50、第二二合一巴伦60、第三二合一巴伦70。第一阻抗变换器10、第二阻抗变换器20、第三阻抗变换器30、第四阻抗变换器40均为1：4的阻抗变换器，即输出功率为输入功率的4倍。各个阻抗变换器均由磁环和双绞线绕制而成，在HF波段双绞线完全可以替代同轴电缆绕制射频变压器，绕制的阻抗变换器电感量必需满足L≥4R/2πf,f为最低工作频率，R为阻抗变换器的低端特性阻抗，磁环采用金属夹具散热。 

第一阻抗变换器10和第二阻抗变换器20的输出端均与第一二合一巴伦50的输入端连接，第三阻抗变换器30和第四阻抗变换器40的输出端均与第二二合一巴伦60的输入端连接，第一二合一巴伦50的输出端与第二二合一巴伦60 的输出端均与第三二合一巴伦70的输入端连接。各个二合一巴伦也是由双绞线和磁环制作而成，双绞线线径按照功率容量相应加粗，同时磁环尺寸相应变大。 

参照图2，在第一阻抗变换器10和第二阻抗变换器20的输出端之间连接一个第一隔离电阻R1，在第三阻抗变换器30和第四阻抗变换器40的输出端之间连接一个第二隔离电阻R2。各个隔离电阻在该电路中起到保护作用，当4路输入功率中有一路或多路异常时，隔离电阻将起到吸收一部分功率，保护正常工作的那部分输入功率组件。在第一阻抗变换器的输出端还与一个第一补偿电容C1的一端连接，该第一补偿电容C1的另一端接地。在第二阻抗变换器20的输出端还与一个第二补偿电容C2的一端连接，该第二补偿电容C2的另一端接地。在第三阻抗变换器30的输出端还与一个第三补偿电容C3的一端连接，该第三补偿电容的另一端接地。在第四阻抗变换器40的输出端还与一个第四补偿电容C4的一端连接，该第四补偿电容C4的另一端接地。 

参照图2，在第一二合一巴伦50的输出端和第二二合一巴伦的输出端的输出端之间连接一个第三隔离电阻R3。在第一二合一巴伦50的输出端还与一个第五补偿电容C5的一端连接，该第五补偿电容C5的另一端接地，在第二二合一巴伦60的输出端还与一个第六补偿电容C6的一端连接，该第六补偿电容的另一端接地。各个补偿电容在该电路中起到抵消寄生参数，降低插入损耗，提高合成效率的作用，使合成器有一定的带宽范围，同时插入损耗又很低。 

Claims (6)

1.四合一HF高功率合成器，其特征在于，包括第一阻抗变换器、第二阻抗变换器、第三阻抗变换器、第四阻抗变换器，第一二合一巴伦、第二二合一巴伦、第三二合一巴伦，第一阻抗变换器和第二阻抗变换器的输出端均与第一二合一巴伦的输入端连接，第三阻抗变换器和第四阻抗变换器的输出端均与第二二合一巴伦的输入端连接，第一二合一巴伦的输出端与第二二合一巴伦的输出端均与第三二合一巴伦的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的四合一HF高功率合成器，其特征在于，第一阻抗变换器、第二阻抗变换器、第三阻抗变换器、第四阻抗变换器均为1：4的阻抗变换器。

3.根据权利要求1或2所述的四合一HF高功率合成器，其特征在于，在第一阻抗变换器和第二阻抗变换器的输出端之间连接一个第一隔离电阻，在第三阻抗变换器和第四阻抗变换器的输出端之间连接一个第二隔离电阻。

4.根据权利要求3所述的四合一HF高功率合成器，其特征在于，在第一阻抗变换器的输出端还与一个第一补偿电容的一端连接，该第一补偿电容的另一端接地，在第二阻抗变换器的输出端还与一个第二补偿电容的一端连接，该第二补偿电容的另一端接地，在第三阻抗变换器的输出端还与一个第三补偿电容的一端连接，该第三补偿电容的另一端接地，在第四阻抗变换器的输出端还与一个第四补偿电容的一端连接，该第四补偿电容的另一端接地。

5.根据权利要求1或2所述的四合一HF高功率合成器，其特征在于，在第一二合一巴伦的输出端和第二二合一巴伦的输出端之间连接一个第三隔离电阻。

6.根据权利要求5所述的四合一HF高功率合成器，其特征在于，在第一二合一巴伦的输出端还与一个第五补偿电容的一端连接，该第五补偿电容的另一端接地，在第二二合一巴伦的输出端还与一个第六补偿电容的一端连接，该第六补偿电容的另一端接地。 

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