CN217823208U - 一种2.45GHz Gysel多路径功率合成器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种2.45GHz Gysel多路径功率合成器，包括N条硬馈路径、N+1路星型连接器、N路星型连接器和输出端口；每一条硬馈路径等间距分布，且每一条硬馈路径的结构均相同，包括第一级硬馈、第二级硬馈、第三级硬馈、第一三通连接件、第二三通连接件、一输入端口和一匹配负载端口；第一级硬馈的一端连接在N+1路星型连接器的一端口上，该第一级硬馈的另一端通过第一三通连接件与第二级硬馈的一端连接，第二级硬馈的另一端通过第二三通连接件与第三级硬馈的一端连接，第三级硬馈的另一端连接在N路星型连接器的一端口上；输入端口与第一三通连接件连接，匹配负载端口与第二三通连接件连接；输出端口设置在N+1路星型连接器的中心位置上。

Description

一种2.45GHz Gysel多路径功率合成器

技术领域

本实用新型属于电子信息/射频/大功率无源器件领域，具体涉及一种2.45GHzGysel多路径功率合成器。

背景技术

功率合成器是射频和无线发射系统中的重要组成部分，在基础科学研究、核物理、军事、农业、医疗、通信、广播电视等领域都有重要应用。功率合成器将多个功放模块的输出功率合成在一起，以达到系统应用需要的功率等级。

功率合成器有不同的结构形式，根据不同的技术指标可以划分为多种分类。根据功率合成器输入端口之间隔离度指标划分，功率合成器可以分为输入端口之间具备高隔离度结构(一般隔离度要求大于20dB)和输入端口之间不具备高隔离度结构(一般隔离度只有几个dB)。相比于输入端口之间不具备高隔离度结构的功率合成器，输入端口之间具备高隔离度的功率合成器在使用过程中，如果出现各输入端口输入功率不平衡的情况(例如某个功放模块输出功率降低，或者无输出功率)，由于输入不平衡而产生的功率会被功率合成器的平衡负载吸收掉，而不会反射回其它功放模块而对这些功放模块的正常工作造成影响，从而对整个射频系统产生保护作用。

输入端口之间具备高隔离度的功率合成器同样有多种实现结构，常见的包括Wilkinson功率合成器、3dB耦合器级联式功率合成器、耦合器链式功率合成器等。这些结构的功率合成器都有相应的特点，但同时也都存在一些应用上的限制。

Wilkinson功率合成器是最为常见的输入端口之间具备高隔离度的功率合成器结构。它在两路输入之间跨接了一个平衡负载，以实现输入端口的隔离度。这种结构的功率合成器应用广泛，但它最大的应用限制，就是在实现多路功率合成时需要设计复杂的平衡负载网络，这个负载网络一般是立体结构，很难在单一平面上实现，使得合成器无论在结构复杂性还是实际应用中都存在不便。

3dB耦合器级联式功率合成器是使用多个3dB耦合器完成多级的2合1，实现多路的功率合成。这种结构功率合成器的劣势在于，它只能实现2ⁿ数量的合成，而且多级合成造成更大的插入损耗和更低的合成效率，同时随着合成级数的增加，3dB耦合器需要配备的平衡负载的功率等级也越来越大，负载的体积和成本都会随之增大。

耦合器链式功率合成器有多个耦合度不同的定向耦合器构成，逐级实现1+1＝2、1+2＝3、1+3＝4……的功率合成。相比于3dB耦合器级联式功率合成器，链式功率合成器在合成路数上不受限制，任意整数数量的功放模块都可以被合成在一起。但耦合器链式功率合成器是典型的多级合成，合成器的插入损耗会随着合成路数的增多而增加，合成效率也会随之降低。同时，合成器中各个耦合器的耦合度均不相同，这就给合成器的设计和生产增加了更大的难度。

实用新型内容

实用新型目的：为解决现有输入端口之间具备高隔离度的功率合成器在应用上的限制，本实用新型提出了一种2.45GHz Gysel多路径功率合成器。

技术方案：一种2.45GHz Gysel多路径功率合成器，包括N条硬馈路径、N+1路星型连接器、N路星型连接器和输出端口；所述N+1路星型连接器设置在功率合成器的上端，所述N路星型连接器设置在功率合成器的底端；

每一条硬馈路径等间距分布，且每一条硬馈路径的结构均相同，包括第一级硬馈、第二级硬馈、第三级硬馈、第一三通连接件、第二三通连接件、一输入端口和一匹配负载端口；所述第一级硬馈的一端连接在N+1路星型连接器的一端口上，该第一级硬馈的另一端通过第一三通连接件与第二级硬馈的一端连接，第二级硬馈的另一端通过第二三通连接件与第三级硬馈的一端连接，第三级硬馈的另一端连接在N路星型连接器的一端口上；所述输入端口与第一三通连接件连接，所述匹配负载端口与第二三通连接件连接；

所述输出端口设置在N+1路星型连接器的中心位置上。

进一步的，所述第一级硬馈为四分之五波长7/8”硬馈。

进一步的，所述第二级硬馈为四分之三波长7/8”硬馈。

进一步的，所述第三级硬馈为四分之五波长7/8”硬馈。

进一步的，所述N+1路星型连接器和N路星型连接器均为正N边形结构。

进一步的，所述第一三通连接件可由星型连接器代替。

进一步的，所述第二三通连接件可由星型连接器代替。

进一步的，对于每一条硬馈路径，所述第一级硬馈的一端连接在N+1路星型连接器的一端口上，该第一级硬馈的另一端折弯向下，并通过第一三通连接件与第二级硬馈的一端连接。

进一步的，对于每一条硬馈路径，所述第三级硬馈的另一端折弯向下，与N路星型连接器的一端口连接。

进一步的，N取8。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

(1)相比于需要7个合成单元才能实现8路功率合成的Wilkinson或者3dB耦合器的多级2合1合成单元级联结构，本实用新型的功率合成器能够一次实现8路输入功率的合成，极大的降低了合成器的体积和复杂程度；

(2)相比于其它输入端口不带高隔离度的功率合成器，本实用新型的功率合成器各输入端口之间具备高隔离度，各输入端口之间的隔离度不低于20dB。如果出现各输入端口输入功率不平衡的情况(例如某个功放模块输出功率降低，或者无输出功率)，由于输入不平衡而产生的功率会被功率合成器的平衡负载吸收掉，而不会反射回其它功放模块而对这些功放模块的正常工作造成影响，从而对整个射频系统产生保护作用；

(3)相比于定频率设计的功率合成器，本实用新型的功率合成器经过优化设计，实现了在2.4～2.5GHz范围内都具备良好指标，合成器在整个频段都可以正常使用；

(4)相比于平面结构的功率合成器，本实用新型的功率合成器主要采用硬馈实现，加工和调试非常简单，极大的降低了合成器实现的难度和成本；

(5)相比于采用四分之一波长设计的高频多路功率合成器，本实用新型的功率合成器采用四分之三波长与四分之五波长相结合的传输线，在高频率短波长情况下，多路功率合成器的结构更易于实现；

(6)本实用新型的功率合成器为高功率结构设计，各路输入功率不小于700W，总输出功率不小于5.6kW。改变功率合成器的一些设计参数(如硬馈的阻抗、硬馈的长度、输入输出端口规格、外接匹配负载端口规格等)，就可以设计得到不同频率、更多路数的功率合成器。

附图说明

图1为本实用新型的原理图；

图2为本实用新型的主视图；

图3为本实用新型的俯视图；

图4为本实用新型的仰视图；

图5为本实用新型的立体图。

具体实施方式

Gysel功率合成器在是一个输入端口之间具备高隔离度的功率合成器，各输入端口之间的隔离度不低于20dB。Gysel功率合成器为单级合成的结构，多路输入一次性合成，合成器的插入损耗更低，合成效率更高。同时这也是这种结构功率合成器的一个突出优势，Gysel功率合成器的匹配负载为传输线外接式结构，可以通过传输线把匹配负载拉远，解决负载的散热问题，这样就可以根据合成器的实际需要，选择合适大小的匹配负载，从而设计生产出功率等级更高的合成器。

现结合附图和实施例进一步阐述本实用新型的技术方案。

实施例1：

本实施例公开了一种2.45GHz Gysel多路径功率合成器，包括N条硬馈路径、N+1路星型连接器、N路星型连接器和输出端口；N+1路星型连接器设置在功率合成器的上端，N路星型连接器设置在功率合成器的底端。每一条硬馈路径等间距分布，且每一条硬馈路径的结构均相同，包括第一级硬馈、第二级硬馈、第三级硬馈、第一三通连接件、第二三通连接件、一输入端口和一匹配负载端口；第一级硬馈的一端连接在N+1路星型连接器的一端口上，该第一级硬馈的另一端折弯向下，并通过第一三通连接件与第二级硬馈的一端连接，第二级硬馈的另一端通过第二三通连接件与第三级硬馈的一端连接，第三级硬馈的另一端折弯向下，并连接在N路星型连接器的一端口上；输入端口与第一三通连接件连接，匹配负载端口与第二三通连接件连接；输出端口设置在N+1路星型连接器的中心位置上。本实施例的第一三通连接件可由星型连接器代替，第二三通连接件可由星型连接器代替。

本实施例的第一级硬馈为四分之五波长7/8”硬馈，第二级硬馈为四分之三波长7/8”硬馈，第三级硬馈为四分之五波长7/8”硬馈。

实施例2：

如图2至图5所示，本实施例提出的2.45GHz径向Gysel 8路功率合成器由八段四分之三波长7/8”硬馈、十六段四分之五波长7/8”硬馈、一个9路星型连接器1和一个8路星型连接器2共同实现8路径向结构。为方便表述，每一路而言，记一段四分之五波长7/8”硬馈为第一级硬馈3，记四分之三波长7/8”硬馈为第二级硬馈4，记另一端四分之五波长7/8”硬馈为第三级硬馈5。

对于每一路而言，第一级硬馈3的一端连接在9路星型连接器1的侧面DIN 7/16(F)一端口上，作为径向合成器的上部，第一级硬馈3折弯向下，其另一端通过第一三通连接件6与第二级硬馈4的一端连接，第二级硬馈4的另一端通过第二三通连接件7与第三级硬馈5的一端连接，第三级硬馈5连接在各匹配负载端口8与8路星型连接器之间，即第三级硬馈5的另一端同样折弯后连接在合成器底端的8路星型连接器2侧面DIN7/16(F)一端口上，作为径向合成器的底部；该路的输入端口9(DIN 7/16(F)规格)与第一三通连接件6连接，该路的匹配负载端口8(DIN 7/16(F)规格)与第二三通连接件7连接，即第二级硬馈4连接在合成器各输入端口9与各匹配负载端口8之间。按照以上结构，每条路等间距分布形成8路径向结构。

本实施例的9路星型连接器1为正八边形结构，1个输出端口10(EIA 1 5/8”直口规格)位于合成器上面的9路星型连接器1中心位置上且朝外，9路星型连接器1侧面分别与八路第一级硬馈的一端相连；8路星型连接器2为正八边形结构，8路星型连接器2的侧面分别与八路第三级硬馈5的另一端相连。

本实施例的传输线为硬馈结构，其中，第一级硬馈阻抗为141Ω，第二段硬馈阻抗为50Ω，第三段硬馈阻抗为50Ω，完全可以满足合成器在功率容量方面的要求。而输出端口内导体连接处的结构通过设计优化，使得合成器的各技术指标达到最佳。本实施例提及的设计优化指的是连接处的内导体有一小段直径比标准内径值稍大，这一小段的长度和直径大小由仿真结果确定。

本实施例各硬馈之间采用星型连接器或三通进行连接。在硬馈适当位置安装支架，保证合成器各路硬馈之间的间距和位置。

使用时，发射机8个功放模块分别与本实施例功率合成器的8个输入端口相连；功率合成器的8个匹配负载端口通过电缆，分别与8个外接负载相连；功率合成器的输出端口接EIA 1 5/8”规格硬馈，再与其它设备(如负载)相连。

本实施例公开的2.45GHz径向Gysel 8路功率合成器，其设计方法也可以应用在其它频率的功率合成器中，也可以应用在其它输入路数的功率合成器上，比如4路或者6路功率合成器，也可以应用在其它功率等级的功率合成器上，比如1kW或者10kW功率合成器。

Claims (10)

1.一种2.45GHz Gysel多路径功率合成器，其特征在于：包括N条硬馈路径、N+1路星型连接器、N路星型连接器和输出端口；所述N+1路星型连接器设置在功率合成器的上端，所述N路星型连接器设置在功率合成器的底端；

每一条硬馈路径等间距分布，且每一条硬馈路径的结构均相同，包括第一级硬馈、第二级硬馈、第三级硬馈、第一三通连接件、第二三通连接件、一输入端口和一匹配负载端口；所述第一级硬馈的一端连接在N+1路星型连接器的一端口上，该第一级硬馈的另一端通过第一三通连接件与第二级硬馈的一端连接，第二级硬馈的另一端通过第二三通连接件与第三级硬馈的一端连接，第三级硬馈的另一端连接在N路星型连接器的一端口上；所述输入端口与第一三通连接件连接，所述匹配负载端口与第二三通连接件连接；

所述输出端口设置在N+1路星型连接器的中心位置上。

2.根据权利要求1所述的一种2.45GHz Gysel多路径功率合成器，其特征在于：所述第一级硬馈为四分之五波长7/8”硬馈。

3.根据权利要求1所述的一种2.45GHz Gysel多路径功率合成器，其特征在于：所述第二级硬馈为四分之三波长7/8”硬馈。

4.根据权利要求1所述的一种2.45GHz Gysel多路径功率合成器，其特征在于：所述第三级硬馈为四分之五波长7/8”硬馈。

5.根据权利要求1所述的一种2.45GHz Gysel多路径功率合成器，其特征在于：所述N+1路星型连接器和N路星型连接器均为正N边形结构。

6.根据权利要求1所述的一种2.45GHz Gysel多路径功率合成器，其特征在于：所述第一三通连接件可由星型连接器代替。

7.根据权利要求1所述的一种2.45GHz Gysel多路径功率合成器，其特征在于：所述第二三通连接件可由星型连接器代替。

8.根据权利要求1所述的一种2.45GHz Gysel多路径功率合成器，其特征在于：对于每一条硬馈路径，所述第一级硬馈的一端连接在N+1路星型连接器的一端口上，该第一级硬馈的另一端折弯向下，并通过第一三通连接件与第二级硬馈的一端连接。

9.根据权利要求8所述的一种2.45GHz Gysel多路径功率合成器，其特征在于：对于每一条硬馈路径，所述第三级硬馈的另一端折弯向下，与N路星型连接器的一端口连接。

10.根据权利要求1所述的一种2.45GHz Gysel多路径功率合成器，其特征在于：N取8。

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