CN207925641U - 小型化的Ka频段功率合成模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小型化的Ka频段功率合成模块，包括两个功率合成组件，所述两个功率合成组件上下对称设置，且相互固定，两个功率合成组件固定后的两个相对侧面上设有Ka频段的波导口；每个功率合成组件包括依次层叠设置的盖板、托盘和压块，所述托盘上设有相连接的射频链路板和电源板，所述射频链路板上设有两组对称设置的对极渐变鳍线，两组对极渐变鳍线分别与两个波导口连接，且延伸出两条微带线。本实用新型具有合成效率高、带宽性能好、能有效的防止辐射损耗、易于小型化、结构简单易实现等优点。

Description

小型化的Ka频段功率合成模块

技术领域

本实用新型涉及一种功率合成模块，尤其是一种小型化的Ka频段功率合成模块，属于波导内空间功率合成领域。

背景技术

功率放大器作为卫星通信系统的重要组成部分，对其带宽、输出功率以及效率的要求日益增强，为了获得高功率的输出来满足通信系统的要求，可以提高基于半导体技术或者真空微电子技术的单个器件的输出，真空器件虽然输出功率大，但是其体积、重量和加工难度都很大，限制了其应用范围，固态器件受半导体特性以及加工工艺、散热问题的限制，无法满足大功率、高频段通信系统的限制；也可以通过功率合成技术将多路固态功率器件进行合成来获得大的输出功率。从成本和可靠性两方面考虑，Ka频段功放采用功率合成放大有明显的优势。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种小型化的Ka频段功率合成模块，该模块具有合成效率高、带宽性能好、能有效的防止辐射损耗、易于小型化、结构简单易实现等优点。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

小型化的Ka频段功率合成模块，包括两个功率合成组件，所述两个功率合成组件上下对称设置，且相互固定，两个功率合成组件固定后的两个相对侧面上设有Ka频段的波导口；

每个功率合成组件包括依次层叠设置的盖板、托盘和压块，所述托盘上设有相连接的射频链路板和电源板，所述射频链路板上设有两组对称设置的对极渐变鳍线，两组对极渐变鳍线分别与两个波导口连接，且延伸出两条微带线。

进一步的，还包括隔片，所述隔片设置在两个功率合成组件之间。

进一步的，所述隔片的厚度为0.18mm～0.22mm。

进一步的，每个功率合成组件中，所述托盘上还设有四根用于支撑隔片的支柱。

进一步的，每个功率合成组件中，两组对极渐变鳍线的边上设有过孔阵列，该过孔阵列由托盘和压块压紧。

进一步的，每个功率合成组件中，所述托盘朝内的一面设有第一安装腔，托盘朝外的一面设有第二安装腔，所述射频链路板安装在第一安装腔内，所述电源板安装在第二安装腔内，所述射频链路板与电源板之间通过穿心电容垂直连接。

进一步的，每个功率合成组件中，所述托盘上还设有两个安装槽，每个安装槽用于安装功放芯片和位于功放芯片周围的滤波电容，所述滤波电容的一端与功放芯片连接，另一端与电源板的直流偏置馈线连接，所述直流偏置馈线通过盖板上的引线孔与外部供电模块连接。

进一步的，每个功率合成组件中，所述两条微带线之间的垂直距离采用微带拐角结构增大，垂直距离增大后的两条微带线相互平行且所在方向垂直于波导口。

进一步的，每个功率合成组件中，所述压块与波导口对应的侧面采用法兰盘。

进一步的，每个功率合成组件中，所述波导口为矩形波导口，其长边的长度为7.112mm，宽边的长度为3.556mm。

进一步的，每个功率合成组件中，所述射频链路板的厚度为0.254mm。

本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本实用新型通过波导内空间功率合成的方式，在3GHz带宽内实现了波导内空间功率合成的情况下，将输入到波导的信号，通过上下各两组对极渐变鳍线，同时实现了波导-微带过渡和四路功率合成，微带线上的两路信号通过功放芯片单独完成功率的放大，然后通过上下各两组对极渐变鳍线辐射到波导空间内，并通过波导口合成输出，完成对整个链路的放大，在结构上易于加工，便于安装和组合，与传统的电路合成相比，极大地减小了整个结构的体积和重量，有利于系统的小型化。

2、本实用新型在两个功率合成组件之间设有隔片，可以起到屏蔽的作用，从而减少上功率合成组件和下功率合成组件之间的干扰，避免了多个单路合成幅相不平衡的问题。

3、本实用新型的对极渐变鳍线边上设有过孔阵列由托盘和压块压紧，过孔阵列可以模拟金属波导壁，来抑制装槽深度可能会带来的影响。

4、本实用新型的功率合成模块经过仿真结果表明，在Ka频段28.5GHz～31.5GHz内，功率合成模块的插入损耗小于0.5dB，两端口的驻波在1.2以内，说明功率合成模块的输入输出端口匹配良好。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的功率合成模块整体结构图。

图2为本实用新型实施例1的功率合成模块爆炸图。

图3为本实用新型实施例1的功率合成模块中隔片的结构图。

图4为本实用新型实施例1的功率合成模块中上盖板的结构图。

图5为本实用新型实施例1的功率合成模块中上托盘朝外的一面结构图。

图6为本实用新型实施例1的功率合成模块中上托盘朝内的一面结构图。

图7为本实用新型实施例1的功率合成模块中上托盘安装射频链路板的结构图。

图8为本实用新型实施例1的功率合成模块中上托盘安装电源板的结构图。

图9为本实用新型实施例1的功率合成模块中上压块的结构图。

图10为本实用新型实施例2的功率合成模块中两组对极渐变鳍线背靠背结构插入损耗仿真结果图。

图11为本实用新型实施例2的功率合成模块中两组对极渐变鳍线背靠背结构驻波比仿真结果图。

其中，1-上盖板，2-上托盘，3-上压块，4-下盖板，5-下托盘，6-下压块，7-隔片，8-第一螺钉孔，9-波导口，10-法兰盘，11-第二螺钉孔，12-凹槽，13-引线孔，14-第一安装腔，15-第二安装腔，16-射频链路板，17-电源板，18-开孔，19-安装槽，20-功放芯片，21-滤波电容，22-支撑柱，23-对极渐变鳍线，24-过孔阵列，25-微带线，26-直流偏置馈线，27-开口。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

空间功率合成借助低损耗的空间波导传输代替传统的平面传输作为射频的主要传输途径，通过波导-微带过渡结构将信号转换到平面电路上，有效的减小了平面损耗的长度，提高了合成效率。在功率合成类别中空间功率合成相比电路级功率合成的优势在于合成模块的尺寸不会随着合成路数的增加而显著增加，合成效率不会随着合成路数的增加而显著下降。因此，基于波导的空间功率合成技术具有合成效率高、带宽性能好、能有效的防止辐射损耗、易于小型化、结构简单易实现等优点。

如图1和图2所示，本实施例采用基于波导的空间功率合成技术，提供了一种小型化的Ka频段功率合成模块，该模块包括两个功率合成组件，两个功率合成组件上下对称设置，分别为上功率合成组件和下功率合成组件。

所述上功率合成组件包括从上到下依次层叠设置的上盖板1、上托盘2和上压块3，所述下功率合成组件包括从下到上依次层叠设置的下盖板4、下托盘5和下压块6，上盖板1、上托盘2、下盖板4和下托盘5均为矩形结构，上压块3和下压块6均为凹形结构，均由铝制成。

进一步地，本实施例的功率合成模块还包括隔片7，该隔片7的结构如图3所示，其设置在上功率合成组件和下功率合成组件之间，也就是说本实施例的功率合成模块形成了七层结构，具体设置在上压块3和下压块6之间，将上功率合成组件和下功率合成组件隔离开，该隔片7的厚度为0.2mm，因此是薄隔片，该隔片7由铜制成，可以起到屏蔽的作用，从而减少上功率合成组件和下功率合成组件之间的干扰。

具体地，上盖板1、上托盘2、上压块3、下盖板4、下托盘5、下压块6和隔片7均设有第一螺钉孔8，通过螺钉将上盖板1、上托盘2、上压块3、隔片7、下盖板4、下托盘5和下压块6从上到下进行固定，使两个功率合成组件对准扣合固定，固定后的结构的左右两个侧面设有Ka频段的波导口9，波导口9在两个功率合成组件固定后形成封闭的波导口，该波导口9为矩形波导口，其选择标准的WR28波导，其长边的长度为7.112mm，宽边的长度为3.556mm，在本实施例中，左边的波导口9作为输入端口，右边的波导口9作为输出端口，均与外界链路相连接，输入微波以主模TE10模式进行传播；上压块3和下压块6与波导口9对应的侧面采用标准的法兰盘10，该法兰盘10上设有第二螺钉孔11，法兰盘10通过螺钉与上盖板1、下盖板4固定连接。

上盖板1和下盖板4结构相同，上托盘2和下托盘5结构相同，上压块3和下压块6结构相同，因此，本实施例以上盖板1、上托盘2和上压块3为例进行具体说明，如下：

如图4所示，上盖板1朝内的一面设有凹槽12和引线孔13，所述引线孔13从凹槽12内贯穿到上盖板1朝外的一面。

如图5～图8所示，上托盘2朝内的一面设有第一安装腔14，朝外的一面设有第二安装腔15，第一安装腔14用于安装射频链路板16，第二安装腔15用于安装电源板17，具体地，射频链路板16粘结在第一安装腔14内，电源板17粘结在第二安装腔15内。

进一步地，上托盘2还设有开孔18，所述开孔18从第一安装腔14内贯穿到第二安装腔15内，开孔18内设有穿心电容，射频链路板16和电源板17之间通过穿心电容垂直连接，具体采用焊接的方式进行连接。

进一步地，上托盘2还设有两个安装槽19，为了方便进行功率合成，两个安装槽19均设置在第一安装腔14内，每个安装槽19用于安装功放芯片20和位于功放芯片周围的滤波电容21，即两个安装槽19可以安装两路功放芯片20。

进一步地，上托盘2还设有四根支撑柱22，四根支撑柱22均设置在第一安装腔14内，用于支撑隔片7。

所述射频链路板16可在双面敷铜的罗杰斯5880基板上用印刷电路板的方法制作，罗杰斯5880基板的介电常数为2.2，厚度为0.254mm，射频链路板16上设有两组左右对称设置的对极渐变鳍线23，左边的一组对极渐变鳍线23与左边的波导口9连接，作为输入对极渐变鳍线，右边的一组对极渐变鳍线23与右边的波导口9连接，作为输出对极渐变鳍线，输入对极渐变鳍线和输出对极渐变鳍线均为采用双路余弦平方渐变形式的鳍线，实现波导到微带线的阻抗变换。

进一步地，每组对极渐变鳍线23的边上设有便于安装的边框，该边框在靠近波导口9的射频链路板16两端设有密集的过孔阵列24，过孔阵列24由上托盘2和上压块6压紧，过孔阵列24用于模拟金属波导壁，来抑制装槽深度可能会带来的影响。

进一步地，两组对极渐变鳍线23延伸出两条微带线25，采用微带拐角结构，使两条微带线25之间的垂直距离增大，垂直距离增大后的两条微带线25相互平行且所在方向垂直于波导口12；其中，两条微带线25均为50欧姆的微带线。

所述电源板17上设有直流偏置馈线26，对于每个安装槽19中的功放芯片20和滤波电容21，滤波电容21的一端与功放芯片20连接，另一端与电源板17的直流偏置馈线26连接，所述直流偏置馈线26通过上盖板1上的引线孔13与外部供电模块连接。

如图9所示，所述上压块3上设有与上托盘2的第一安装腔14尺寸相匹配的开口27，上托盘2的四根支撑柱22可以穿过该开口27，以支撑隔片7。

在本实施例中，上托盘2和下托盘5的射频链路板16实现了波导-鳍线-微带过渡，上功率合成组件和下功率合成组件分别实现了两路功率合成；两块射频链路板16按照“2×2”的模式垂直波导E面，对称的置于波导内，实现四路合成放大，射频链路板16中间采用厚度为隔片7隔离开，避免了多个单路合成幅相不平衡的问题。

实施例2：

本实施例在实施例1的结构基础上，将功放芯片20和滤波电容2去掉，使微带线25直通，对全模型的无源匹配部分利用仿真软件进行仿真，观察期回波损耗和插入损耗，仿真结果如图7和图8所示；在Ka频段28.5GHz～31.5GHz内，功率合成模块的插入损耗小于0.5dB，两端口的驻波在1.2以内，说明该模块的输入输出端口匹配良好，能实现宽频、高效的放大器设计，整个四路合成结构的实物尺寸5.55cm×3cm×1.9cm，实现了小型化。

综上所述，本实用新型通过波导内空间功率合成的方式，在3GHz带宽内实现了波导内空间功率合成的情况下，将输入到波导的信号，通过上下各两组对极渐变鳍线，同时实现了波导-微带过渡和四路功率合成，微带线上的两路信号通过功放芯片单独完成功率的放大，然后通过上下各两组对极渐变鳍线辐射到波导空间内，并通过波导口合成输出，完成对整个链路的放大，在结构上易于加工，便于安装和组合，与传统的电路合成相比，极大地减小了整个结构的体积和重量，有利于系统的小型化。

以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其实用新型专利构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。

Claims (10)

1.小型化的Ka频段功率合成模块，其特征在于：包括两个功率合成组件，所述两个功率合成组件上下对称设置，且相互固定，两个功率合成组件固定后的两个相对侧面上设有Ka频段的波导口；

每个功率合成组件包括依次层叠设置的盖板、托盘和压块，所述托盘上设有相连接的射频链路板和电源板，所述射频链路板上设有两组对称设置的对极渐变鳍线，两组对极渐变鳍线分别与两个波导口连接，且延伸出两条微带线。

2.根据权利要求1所述的小型化的Ka频段功率合成模块，其特征在于：还包括隔片，所述隔片设置在两个功率合成组件之间。

3.根据权利要求2所述的小型化的Ka频段功率合成模块，其特征在于：所述隔片的厚度为0.18mm～0.22mm。

4.根据权利要求2所述的小型化的Ka频段功率合成模块，其特征在于：每个功率合成组件中，所述托盘上还设有四根用于支撑隔片的支柱。

5.根据权利要求1-4任一项所述的小型化的Ka频段功率合成模块，其特征在于：每个功率合成组件中，两组对极渐变鳍线的边上设有过孔阵列，该过孔阵列由托盘和压块压紧。

6.根据权利要求1-4任一项所述的小型化的Ka频段功率合成模块，其特征在于：每个功率合成组件中，所述托盘朝内的一面设有第一安装腔，托盘朝外的一面设有第二安装腔，所述射频链路板安装在第一安装腔内，所述电源板安装在第二安装腔内，所述射频链路板与电源板之间通过穿心电容垂直连接。

7.根据权利要求1-4任一项所述的小型化的Ka频段功率合成模块，其特征在于：每个功率合成组件中，所述托盘上还设有两个安装槽，每个安装槽用于安装功放芯片和位于功放芯片周围的滤波电容，所述滤波电容的一端与功放芯片连接，另一端与电源板的直流偏置馈线连接，所述直流偏置馈线通过盖板上的引线孔与外部供电模块连接。

8.根据权利要求1-4任一项所述的小型化的Ka频段功率合成模块，其特征在于：每个功率合成组件中，所述两条微带线之间的垂直距离采用微带拐角结构增大，垂直距离增大后的两条微带线相互平行且所在方向垂直于波导口。

9.根据权利要求1-4任一项所述的小型化的Ka频段功率合成模块，其特征在于：每个功率合成组件中，所述压块与波导口对应的侧面采用法兰盘。

10.根据权利要求1-4任一项所述的小型化的Ka频段功率合成模块，其特征在于：每个功率合成组件中，所述波导口为矩形波导口，其长边的长度为7.112mm，宽边的长度为3.556mm。