CN204577559U - 一种腔体耦合带状线三合一功率合成器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是腔体耦合带状线三合一功率合成器，具有腔体、内导体、绝缘支架、3个输入端口、2个负载匹配端口以及一个输出端口。内导体是由主带线和2根耦合带线组成，主带线和第Ⅰ耦合带线组成的是一个等功率合成单元，主带线和第Ⅱ耦合带线组成的是一个不等功率合成单元，内导体是由这两个单元级联而成；本实用新型利用平行宽边耦合带状线理论，使用CST仿真软件建立模型，优化输出和负载匹配端口的带状线位置缩减合成器的整体尺寸，调整带状线间距以及调节螺钉的尺寸和位置来改变耦合量，实现了宽频带、高效率低损耗、端口驻波和隔离度都较好的三合一功率合成器，可以承载数字电视多载波信号1kW的功率，并且设计的结构紧凑，方便加工制造。

Description

一种腔体耦合带状线三合一功率合成器

技术领域

本实用新型涉及广播电视应用领域的功率合成技术，尤其涉及腔体耦合带状线三合一功率合成器，用于地面数字广播电视发射机。

背景技术

地面数字电视广播发射机的单个功率放大器的输出功率不能满足系统高功率输出要求，一般将多个功率放大器通过功率合成器叠加实现发射机大功率输出。功率合成器直接影响发射机的合成效率、可靠性和信号质量，一个性能优良的高效率功率合成器对整个系统起着至关重要的作用。

大功率合成器的核心指标是最大承受功率，承受功率等级决定了采用何种形式的传输线。功率合成器输出端口的隔离度也是一个重要的指标，输出端口带有隔离的功率合成器，可保护功率放大单元，各个功率放大单元相互独立，当存在某个或多个功率放大单元损坏时，其余功率放大单元仍可正常工作，发射机的输出功率将按照可估算的比例降低。

近年来相继报道了很多功率合成结构，如Wilkinson功分/合器、魔T、分支线耦合器等。不带有隔离的阻抗变换模式的功率合成器容易损伤功放单元，系统中一个或多个功放单元出现故障时，整个系统将不能保证功率的合成。Wilkinson功合器功率容量较小，为了保证相邻端口的隔离度一般是采用薄膜电阻，电阻取值不大且散热面不够大，一旦电阻烧坏，合成器将不会正常工作。目前普遍采用径向耦合、波导或同轴腔体合成器进行大功率合成，存在着结构复杂不易实现、频带窄、损耗大等问题。如专利号为201220650293.4的耦合合成器，输出和负载匹配端口的带状线位置结构不紧凑，造成尺寸较大，给使用安装带来不便。因此有必要研究出一种低损耗高效率、高隔离、宽频带、结构紧凑的功率合成器来实现大功率输出。

发明内容

鉴于上述现有的功率合成技术存在的问题，设计了一种新型的腔体耦合带状线三合一功率合成器，与传统耦合功率合成器相比，具有结构紧凑尺寸缩减、宽频带、损耗小、隔离度高等优点，提高了合成效率，更有实用价值。

为了达到上诉目的，本实用新型通过采用以下技术方案来实现。

一种腔体耦合带状线三合一功率合成器，包括长方体腔体、内导体、绝缘支架、3个输入端口、2个负载匹配端口以及1个输出端口；所述3个输入端口等距离的设置于腔体的一个长侧面上，其中：第一输入端口位于所述长侧面的右边缘位置，第二输入端口位于所述长 侧面的中间位置，第三输入端口位于所述长侧面的左边缘位置；

所述2个负载匹配端口以及1个输出端口设置于腔体上表面与所述长侧面平行的一条直线上，所述直线与所述输入端口所在长侧面的距离大于腔体上表面三分之二宽，其中：第一负载匹配端口位于腔体上表面长度方向的右边缘位置，第二负载匹配端口位于腔体上表面长度方向的中间位置、输出端口位于腔体上表面长度方向的左边缘位置；

所述长方体腔体与长边平行的中心线上挖槽，槽口延伸至3个输入端口、2个负载匹配端口以及1个输出端口，使两两之间通过槽口连通，所述槽口内设置内导体；所述内导体由主带线和2根耦合带线组成，其中所述主带线的一端和所述输出端口相连，另一端口与第一输入端口相连，第Ⅰ耦合带线一端连接第二输入端口，另一端连接第一负载端口，第Ⅰ耦合带线和主带线组成的是一个等功率合成单元，第Ⅱ耦合带线一端连接第三输入端口，另一端连接第二负载端口，第Ⅱ耦合带线和主带线组成的是一个不等功率合成单元，由所述等功率单元和不等功率单元级联构成了内导体；

所述绝缘支架卡在主带线和第Ⅰ耦合带线之间、以及主带线和第Ⅱ耦合带线之间，间隔主带线和第Ⅰ耦合带线、以及主带线和第Ⅱ耦合带线，并将主带线、第Ⅰ耦合带线和Ⅱ耦合带线固定在腔体中。

进一步的，所述腔体包括上腔体件和下腔体件，所述上腔体件和所述下腔体件通过螺钉锁紧形成所述腔体空间。

进一步的，所述上腔体件和下腔体件的相对内侧均设置有不同深度的槽，上腔体的外侧设置有调节钉的位置。

进一步的，所述第Ⅰ耦合带线和第Ⅱ耦合带线，与所述主带线上下悬空平行放置，每根耦合带线与所述主带线之间均有重叠部分，两根耦合带线之间没有重叠部分。

本实用新型的目的在于：克服现有的市场上的功率合成器存在的技术问题，提供了一种新型腔体耦合带状线功率合成器，具有结构紧凑(现有的腔体耦合带状线三合一功率合成器的尺寸一般在800×150×70mm，而采用本实用新型结构，制备得到的腔体耦合带状线三合一功率合成器的尺寸能够达到450×150×32mm)、宽频带、损耗小、隔离度高的优点，同时能够承受大功率容量。综上所述，本实用新型在技术上有显著的进步，是一种进步、实用的新设计。

附图说明

图1是本实用新型所述腔体耦合带状线三合一功率合成器的主视图；

图2是本实用新型所述腔体耦合带状线三合一功率合成器的侧视图(侧视图中省略去上 腔体的调节螺钉的示意)；

图3是本实用新型所述腔体耦合带状线三合一功率合成器的腔体内导体示意图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本实用新型为了达成预定发明目的所采用的技术手段和功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的腔体耦合带状线三合一功率合成器具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本实用新型的腔体耦合带状线三合一功率合成器利用平行宽边耦合带状线理论，通过调整主带线分别和第Ⅰ、Ⅱ耦合带线的间距，以及调节螺钉10的尺寸和位置来改变耦合量，实现耦合度为-3dB的等功率合成单元以及耦合度为-4.77dB的不等功率合成单元，再由所述两个单元级联构成三合一功率合成输出。

本实用新型的腔体耦合带状线三合一功率合成器结构如附图，各输入端和功率放大器端口直接插头式相连，省去了传统电缆，还能支持功率放大器的热插拔功能，信号合成后由输出端口直接通过铜馈管传输给频道滤波器，负载匹配端口连接外部吸收负载。

请参阅图1、2、3所示，本实用新型的腔体耦合带状线三合一功率合成器包括：腔体、主带线1、第Ⅰ耦合带线2、第Ⅱ耦合带线3以及多个绝缘支架。

本实用新型的腔体上设置有3个输入端口(6、7、8)、2个负载匹配端口(11、12)以及一个输出端口9。腔体为长方体，分为上、下腔体件，上腔体件14和下腔体件15可以通过螺钉锁紧形成所述腔体空间(也可采用其他方式固定连接)。

本实用新型的腔体边缘设置有小方块13，用于固定在发射机系统的铝板上。

本实用新型的腔体耦合带状线三合一功率合成器包括长方体腔体、内导体、绝缘支架、3个输入端口、2个负载匹配端口以及1个输出端口；所述3个输入端口等距离的设置于腔体的一个长侧面上，其中：第一输入端口6位于所述长侧面的右边缘位置，第二输入端口7位于所述长侧面的中间位置，第三输入端口8位于所述长侧面的左边缘位置；

所述2个负载匹配端口以及1个输出端口设置于腔体上表面与所述长侧面平行的一条直线上，所述直线与所述输入端口所在长侧面的距离大于腔体上表面三分之二宽，其中：第一负载匹配端口12位于腔体上表面长度方向的右边缘位置，第二负载匹配端口11位于腔体上表面长度方向的中间位置、输出端口9位于腔体上表面长度方向的左边缘位置；

所述长方体腔体与长边平行的中心线上挖槽，槽口延伸至3个输入端口、2个负载匹配端口以及1个输出端口，使两两之间通过槽口连通，所述槽口内设置内导体；所述内导体由主带线1和2根耦合带线组成，其中所述主带线的一端和所述输出端口相连，另一端口与第 一输入端口相连，第Ⅰ耦合带线2一端连接第二输入端口，另一端连接第一负载端口，第Ⅰ耦合带线和主带线组成的是一个等功率合成单元，第Ⅱ耦合带线3一端连接第三输入端口，另一端连接第二负载端口，第Ⅱ耦合带线和主带线组成的是一个不等功率合成单元，由所述等功率单元和不等功率单元级联构成了内导体。主线1、第Ⅰ耦合带线2以及第Ⅱ耦合带线3的弯折方式如附图3所示，实际使用证明这种弯折方式与传统耦合合成器相比，其输入、输出端口驻波更加优秀，而且能节省空间，紧凑的布局使得尺寸减小很多(现有的腔体耦合带状线三合一功率合成器的尺寸一般在800×150×70mm，而采用本实用新型结构，制备得到的腔体耦合带状线三合一功率合成器的尺寸能够达到450×150×32mm)。

所述绝缘支架(4、5)卡在主带线和第Ⅰ耦合带线之间、以及主带线和第Ⅱ耦合带线之间，间隔主带线和第Ⅰ耦合带线、以及主带线和第Ⅱ耦合带线，并将主带线、第Ⅰ耦合带线和Ⅱ耦合带线固定在腔体中。

第Ⅰ耦合带线2与主线1上下悬空平行放置，绝缘支架4保证两者有一定间距，实现耦合度为-3dB，当两个等功率信号分别进入端口6和端口7实现功率合成；第Ⅱ耦合带线3与主线1同样上下悬空平行放置，绝缘支架5保证两者比前面的间距大，实现耦合度为-4.77dB，当信号进入端口8，通过此不等功率合成单元，与端口6和7合成后的信号再次进行合成，最终实现三个输入端口信号的高效率合成，合成功率从输出端口9输出。

本实用新型可以广泛应用于高功率输出的发射机系统中，本实用新型未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。上述实施为本实用新型较佳的实施方式，然而本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未脱离本实用新型技术方案的实质与原理下所作的简单修改、等同变化和修饰，都包含在本实用新型技术方案的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种腔体耦合带状线三合一功率合成器，其特征在于：包括长方体腔体、内导体、绝缘支架、3个输入端口、2个负载匹配端口以及1个输出端口；所述3个输入端口等距离的设置于腔体的一个长侧面上，其中：第一输入端口位于所述长侧面的右边缘位置，第二输入端口位于所述长侧面的中间位置，第三输入端口位于所述长侧面的左边缘位置；

所述2个负载匹配端口以及1个输出端口设置于腔体上表面与所述长侧面平行的一条直线上，所述直线与所述输入端口所在长侧面的距离大于腔体上表面三分之二宽，其中：第一负载匹配端口位于腔体上表面长度方向的右边缘位置，第二负载匹配端口位于腔体上表面长度方向的中间位置、输出端口位于腔体上表面长度方向的左边缘位置；

所述长方体腔体与长边平行的中心线上挖槽，槽口延伸至3个输入端口、2个负载匹配端口以及1个输出端口，使两两之间通过槽口连通，所述槽口内设置内导体；所述内导体由主带线和2根耦合带线组成，其中所述主带线的一端和所述输出端口相连，另一端口与第一输入端口相连，第Ⅰ耦合带线一端连接第二输入端口，另一端连接第一负载端口，第Ⅰ耦合带线和主带线组成的是一个等功率合成单元，第Ⅱ耦合带线一端连接第三输入端口，另一端连接第二负载端口，第Ⅱ耦合带线和主带线组成的是一个不等功率合成单元，由所述等功率单元和不等功率单元级联构成了内导体；

所述绝缘支架卡在主带线和第Ⅰ耦合带线之间、以及主带线和第Ⅱ耦合带线之间，间隔主带线和第Ⅰ耦合带线、以及主带线和第Ⅱ耦合带线，并将主带线、第Ⅰ耦合带线和Ⅱ耦合带线固定在腔体中。

2.根据权利要求1所述的一种腔体耦合带状线三合一功率合成器，其特征在于：所述腔体包括上腔体件和下腔体件，所述上腔体件和所述下腔体件通过螺钉锁紧形成所述腔体空间。

3.根据权利要求2所述的一种腔体耦合带状线三合一功率合成器，其特征在于：所述上腔体件和下腔体件的相对内侧均设置有不同深度的槽，上腔体的外侧设置有调节钉的位置。

4.根据权利要求1所述的一种腔体耦合带状线三合一功率合成器，其特征在于：所述第Ⅰ耦合带线和第Ⅱ耦合带线，与所述主带线上下悬空平行放置，每根耦合带线与所述主带线之间均有重叠部分，两根耦合带线之间没有重叠部分。