CN203596404U - 一种Ku频段空间功率合成器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种Ku频段空间功率合成器，上腔体、中间腔体与下腔体依次扣合后形成封闭的矩形输入波导和矩形输出波导；射频链路包括输入双对脊鳍线、输出双对脊鳍线和两个功放芯片；两个双对脊鳍线均为U形结构且开口相对设置；两个双对脊鳍线的U形底端分别位于矩形输入波导和矩形输出波导中；两个双对脊鳍线的U形开口两端分别与功放芯片的输入端、输出端相连。本实用新型通过空间功率合成的方式,把输入到波导的信号以天线辐射的方式辐射到双对脊鳍线,在完成波导-微带过渡的同时实现了四路功分，双对脊鳍线中的两个支路通过放大芯片单独完成功率放大,通过双对脊鳍线辐射到波导空间，完成对整个电路放大的目的。

Description

一种Ku频段空间功率合成器

技术领域

本实用新型涉及无线通信领域中的一种Ku频段空间功率合成模块，特别适用于作卫星通信信道的功率放大器装置。

背景技术

由于受Ku频段固态器件自身半导体物理特性的影响以及加工工艺等诸方面的限制，目前还难以生产大功率、低噪声和低价格的Ku频段固态器件。为了获得更大的输出功率，常常需要采用功率合成的方法将多个功率器件集中在一个功率合成放大器中；另一方面，出于经济和可靠性等方面的考虑，通常采用较小的功率源进行合成而不直接采用一个大的功率源，除了能够产生较高的功率外，功率合成技术还能在一个或几个源失效的情况下保证系统继续工作而不会完全失效，只是系统性能下降。

目前，应用最多的功率合成技术是电路合成和空间功率合成。Ku频段电路合成由于传输损耗以及电路结构随器件数量增加成非线性增长，其合成路数受到限制，不能满足Ku频段发射机功率要求；而空间功率合成最大的优点是合成效率基本与固态器件数量无关，更适合多器件的大功率输出。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种Ku频段空间功率合成器，具有高效、宽带、小体积、轻重量等特点。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种Ku频段空间功率合成器，包括两个上下对称设置的矩形腔体以及设在两个腔体之间的矩形的中间腔体；所述两个腔体相对的两个面上沿矩形长边同一径向设有输入波导槽和输出波导槽；所述上下两层中间腔体上与输入波导槽和输出波导槽相对的位置分别设有输入波导口和输出波导口；所述上腔体、中间腔体与下腔体依次扣合后形成封闭的矩形输入波导和矩形输出波导；所述上腔体与中间腔体之间以及中间腔体与下腔体之间各设有一个射频链路安装腔；上下两个射频链路安装腔中各安装有一个介质基板，上下两个介质基板相对的两个面上各设有一个射频链路；所述上下两个射频链路均包括输入双对脊鳍线、输出双对脊鳍线和两个功放芯片；所述输入双对脊鳍线和输出双对脊鳍线均为U形结构，并且输入双对脊鳍线的U形开口和输出双对脊鳍线的U形开口相对设置；所述输入双对脊鳍线的U形底端位于矩形输入波导中，输出双对脊鳍线的U形底端位于矩形输出波导中；并且输入双对脊鳍线的U形开口两端各与一个功放芯片的输入端相连，输出双对脊鳍线的U形开口两端各与一个功放芯片的输出端相连。

其中，所述上腔体、中间腔体与下腔体通过销钉定位并利用紧固螺钉紧固在一起。

其中，所述上腔体与中间腔体之间的两个功放芯片粘结在上腔体上，中间腔体与下腔体之间的两个功放芯片粘结在下腔体上。

其中，所述上腔体与下腔体相背的两个面上各安装有一个功放电源板；上腔体上的功放电源板与上腔体另一面的射频链路通过绝缘子垂直连接，下腔体上的功放电源板与下腔体另一面的射频链路通过绝缘子垂直连接。

其中，所述输入双对脊鳍线和输出双对脊鳍线均由两个单脊鳍线组成。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本实用新型通过空间功率合成的方式,把输入到波导的信号以天线辐射的方式辐射到双对脊鳍线,在完成波导-微带过渡的同时实现了四路功分，双对脊鳍线中的两个支路通过放大芯片单独完成功率放大,通过双对脊鳍线辐射到波导空间，完成对整个电路放大的目的。本实用新型的频率范围为13-18GHz，具有集成度高、功耗低、频率范围宽、合成效率高的特点，性能稳定可靠，实用简便，能够在较恶劣的环境-40℃～65℃条件下正常工作，特别是和传统的电路合成相比，在体积和重量上有了很大的改善和提高，有利于系统小型化的应用，具有很大的推广应用价值。

附图说明

图1是本实用新型的拆分结构示意图；

图2是本实用新型的左侧视图；

图3是本实用新型的右侧视图；

图4是本实用新型腔体的正面结构示意图；

图5是本实用新型腔体的射频链路结构示意图；

图6是本实用新型的等效电路原理图。

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。

如图1至图5所示，本实用新型为一种Ku频段空间功率合成器，包括两个上下对称设置的矩形腔体1、2以及设在两个腔体1、2之间的矩形的中间腔体3；上腔体1、中间腔体3与下腔体2通过销钉定位并利用紧固螺钉紧固在一起。两个腔体1、2相对的两个面上沿矩形长边同一径向设有输入波导槽20和输出波导槽21；上下两层中间腔体3上与输入波导槽和输出波导槽相对的位置分别设有输入波导口22和输出波导口23；上腔体1、中间腔体3与下腔体2依次扣合后形成封闭的矩形输入波导10和矩形输出波导11，如图2、3所示；矩形输入波导10和矩形输出波导11分别用于波导到双对脊鳍线的过渡。矩形输入波导10和矩形输出波导11分别位于本实用新型的左右两端，与双对脊鳍线一起完成波导-微带的过渡功分功能。上腔体1与中间腔体3之间以及中间腔体3与下腔体2之间各设有一个射频链路安装腔24；上下两个射频链路安装腔24中各安装有一个介质基板，上下两个介质基板相对的两个面上各设有一个射频链路5；上下两个射频链路5均包括输入双对脊鳍线6、输出双对脊鳍线7和两个功放芯片8、9；输入双对脊鳍线6和输出双对脊鳍线7均为U形结构，并且输入双对脊鳍线6的U形开口和输出双对脊鳍线7的U形开口相对设置；输入双对脊鳍线6的U形底端位于矩形输入波导10中，输出双对脊鳍线7的U形底端位于矩形输出波导11中；并且输入双对脊鳍线6的U形开口两端各与一个功放芯片8、9的输入端相连，输出双对脊鳍线的U形开口两端各与一个功放芯片8、9的输出端相连。

上腔体1与中间腔体3之间的两个功放芯片8、9粘结在上腔体1上，中间腔体3与下腔体2之间的两个功放芯片8、9粘结在下腔体2上。

上腔体1与下腔体2相背的两个面上各安装有一个功放电源板；功放电源板4用于完成空间功率合成器的供电工作，其包括多个输入输出焊盘及电源供电电路。上腔体1上的功放电源板与上腔体1另一面的射频链路5通过绝缘子垂直连接，下腔体2上的功放电源板与下腔体2另一面的射频链路5通过绝缘子垂直连接。本实用新型的功放电源板4和射频链路5分布在不同的层面内，再通过绝缘子进行互联，提高了功率合成器的电磁兼容性，保证了功率合成器的稳定性和可靠性。处于不同层面的各个元器件采用平面混合集成的方式布置，使信号的走线、焊盘、管脚等的间距和尺寸极大的减小，实现功率合成器的小型化和集成化。

本实用新型的输入双对脊鳍线6和输出双对脊鳍线7均由两个单脊鳍线组成。输入双对脊鳍线6和输出双对脊鳍线7、两个功放芯片8、9完成对信号的分配、放大与合成。双对脊鳍线是在单鳍线的基础上进行改进，将波导主模TE10模式转化为微带的标准TEM模式，在完成波导-微带过渡的同时实现了功率分配，同时也将波导的高阻抗转化为微带的低阻抗-50Ω。双对脊鳍线制作在duriod5880介质基板上，上、下表面均为金属面，并用导电胶分别粘接在上腔体1和下腔体2的正面,用以传输微波信号。

本实用新型简要工作原理如下：

如图6所示，输入信号从矩形输入波导10馈入到输入输出波导结构中，在矩形输入波导10中的上下两层输入双对脊鳍线6相当于第一功分器12，在矩形输出波导11中上下两层输出双对脊鳍线7相当于第一合路器13。输入信号经第一功分器12分成两路信号，并分别输入到两个输入双对脊鳍线6中，两路信号分别在两个输入双对脊鳍线6中再各分成两路信号，两个输入双对脊鳍线6分别起到第二功分器14和第三功分器15的作用，每个输入双对脊鳍线6中的两路信号分别经由放大芯片8、9进行放大后，两路放大信号分别进入输出双对脊鳍线7，两个输出双对脊鳍线7分别对各自的两路放大信号进行功率合成，分别起到第二合路器16和第三合路器17的作用，之后两路合成后的信号经第一合路器13进行最后的功率合成，通过矩形输出波导11将合成后的功率信号输出。

Claims (5)

1.一种Ku频段空间功率合成器，包括两个上下对称设置的矩形腔体（1，2）以及设在两个腔体（1，2）之间的矩形的中间腔体（3）；所述两个腔体（1、2）相对的两个面上沿矩形长边同一径向设有输入波导槽和输出波导槽；所述上下两层中间腔体（3）上与输入波导槽和输出波导槽相对的位置分别设有输入波导口和输出波导口；所述上腔体（1）、中间腔体（3）与下腔体（2）依次扣合后形成封闭的矩形输入波导（10）和矩形输出波导（11）；所述上腔体（1）与中间腔体（3）之间以及中间腔体（3）与下腔体（2）之间各设有一个射频链路安装腔；上下两个射频链路安装腔中各安装有一个介质基板，上下两个介质基板相对的两个面上各设有一个射频链路（5）；

其特征在于：所述上下两个射频链路（5）均包括输入双对脊鳍线（6）、输出双对脊鳍线（7）和两个功放芯片（8，9）；所述输入双对脊鳍线（6）和输出双对脊鳍线（7）均为U形结构，并且输入双对脊鳍线（6）的U形开口和输出双对脊鳍线（7）的U形开口相对设置；所述输入双对脊鳍线（6）的U形底端位于矩形输入波导（10）中，输出双对脊鳍线（7）的U形底端位于矩形输出波导（11）中；并且输入双对脊鳍线（6）的U形开口两端各与一个功放芯片（8，9）的输入端相连，输出双对脊鳍线的U形开口两端各与一个功放芯片（8，9）的输出端相连。

2.根据权利要求1所述的一种Ku频段空间功率合成器，其特征在于：所述上腔体（1）、中间腔体（3）与下腔体（2）通过销钉定位并利用紧固螺钉紧固在一起。

3.根据权利要求1所述的一种Ku频段空间功率合成器，其特征在于：所述上腔体（1）与中间腔体（3）之间的两个功放芯片（8，9）粘结在上腔体（1）上，中间腔体（3）与下腔体（2）之间的两个功放芯片（8，9）粘结在下腔体（2）上。

4.根据权利要求1所述的一种Ku频段空间功率合成器，其特征在于：所述上腔体（1）与下腔体（2）相背的两个面上各安装有一个功放电源板；上腔体（1）上的功放电源板与上腔体（1）另一面的射频链路（5）通过绝缘子垂直连接，下腔体（2）上的功放电源板与下腔体（2）另一面的射频链路（5）通过绝缘子垂直连接。

5.根据权利要求1所述的一种Ku频段空间功率合成器，其特征在于：所述输入双对脊鳍线（6）和输出双对脊鳍线（7）均由两个单脊鳍线组成。

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