CN219246904U - 一种调频Gysel功率合成器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种调频Gysel功率合成器，包括：合成器腔体、位于所述合成器腔体一侧侧壁上的N个输入端口、位于所述合成器腔体另一侧侧壁上的1个输出端口、位于所述合成器腔体上盖板上的N个外接匹配负载端口和若干设置在所述合成器腔体内的隔板；所述隔板将合成器腔体内部空间分成多层，在每一层设置相应的带状线，各层带状线通过金属件进行连接。

Description

一种调频Gysel功率合成器

技术领域

本实用新型属于电子信息/射频/广播电视无源器件领域，具体涉及一种调频Gysel功率合成器。

背景技术

功率合成器将多个功放模块的输出功率合成在一起，已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调频Gysel功率合成器。

技术方案：一种调频Gysel功率合成器，包括：合成器腔体、位于所述合成器腔体一侧侧壁上的N个输入端口、位于所述合成器腔体另一侧侧壁上的1个输出端口、位于所述合成器腔体上盖板上的N个外接匹配负载端口和若干设置在所述合成器腔体内的隔板；所述隔板将合成器腔体内部空间分成多层，在每一层设置相应的带状线，各层带状线通过金属件进行连接。

进一步的，所述带状线包括：从输出端口到第一连接点之间的第一带状线、从第一连接点到各输入端口之间的第二带状线、从各输入端口到各外接匹配负载端口之间的第三带状线和从各外接匹配负载端口到第二连接点B之间的第四带状线。

进一步的，所述第一带状线和第二带状线位于合成器腔体内部第一层上。

进一步的，所述第三带状线位于合成器腔体内部第二层上。

进一步的，所述输出端口位于合成器腔体另一侧侧壁中心位置上。

进一步的，N个输入端口等间距分布在合成器腔体一侧侧壁上，N个外接匹配负载端口等间距分布在合成器腔体上盖板上。

进一步的，所述带状线为悬置带状线结构。

进一步的，所述带状线厚度为2mm。

进一步的，所述带状线通过聚四氟乙烯支撑机构设置在合成器腔体内部空间的各层结构上。

进一步的，所述输入端口与调频发射机的功放模块连接，所述外接匹配负载端口通过电缆与外接负载相连。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

(1)相比于其它输入端口不带高隔离度的功率合成器，本实用新型的调频Gysel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；

(2)相比于Wilkinson结构功率合成器，本实用新型的调频Gysel功率合成器实现了平面结构，不需要设计加工负载的立体结构匹配负载网络，合成器设计、加工和应用成本都有了明显的降低；

(3)相比于定频率设计的功率合成器，本实用新型的调频Gysel功率合成器经过优化设计，实现了在87～108MHz范围内都具备良好指标，合成器在整个调频频段都可以正常使用而不需要调整频率；

(4)相比于单层结构的功率合成器，本实用新型的调频Gysel功率合成器采用多层结构，合成器长度方向的尺寸大为缩短，仅为单层结构的25％左右，方便合成器的使用；

(5)本实用新型的调频Gysel功率合成器为高功率结构设计，各路输入功率不小于2kW，总输出功率不小于10kW，本实用新型的功率合成器可以作为10kW调频广播发射机的主功率合成器使用；通过改变功率合成器的一些设计参数(如带状线尺寸、输入输出端口规格、外接匹配负载端口规格等)，可以得到更高功率等级的功率合成器。

附图说明

图1为本实用新型的原理图；

图2为本实用新型的第一层结构示意图；

图3为本实用新型的第二层结构示意图；

图4为本实用新型的第三层结构示意图；

图5为本实用新型的第四层结构示意图；

图6为本实用新型的外形示意图；

图7为本实用新型的外形示意图；

图8为本实用新型的剖视图；

图9为本实用新型的剖视图；

图10为本实用新型的剖视图。

具体实施方式

现结合附图和实施例进一步阐述本实用新型的技术方案。

图1为调频Gysel 6路功率合成器的原理图，现有调频Gysel 6路功率合成器在各个方面都具备明显优势，包括：第一，它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。第二，整个合成器是平面结构，不存在多路Wilkinson功率合成器的立体式匹配网络负载。第三，Gysel功率合成器是单级合成的结构，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。第四，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。

本实用新型通过对调频Gysel 6路功率合成器进行优化设计，优化后的结构包括：合成器腔体、位于合成器腔体一侧侧壁上的6个输入端口(DIN 7/16(F)规格)、位于合成器腔体另一侧侧壁的中心位置上的1个输出端口(EIA 3 1/8”直口规格)、位于合成器腔体的上盖板上的6个外接匹配负载端口(DIN 7/16(F)规格)和设置在合成器腔体内的带状线；其中，6个输入端口等间距分布，6个外接匹配负载端口同样等间距分布。本实用新型采用的带状线为四层结构，通过采用四层结构的带状线，缩短了合成器长度方向的尺寸，该尺寸仅为单层结构的25％左右。

本实用新型的合成器腔体由铝板拼接而成，在合成器腔体内设有3块隔板，该3块隔板将整个合成器腔体分为四层，与四层结构的带状线对应。

本实用新型的带状线为悬置带状线结构，带状线的厚度为2mm，完全可以满足合成器在功率容量方面的要求。而各段带状线的宽度经过设计优化，使得合成器的各技术指标达到最佳。

记整个合成器的带状线分为以下几个部分：从输出端口到第一连接点A之间的第一带状线，阻抗Z1＝50欧姆；从第一连接点A到各输入端口之间的第二带状线，阻抗为sqrt(N)*50欧姆，本发明即为Z2＝122欧姆；从各输入端口到各负载端口之间的第三带状线，阻抗Z3＝50欧姆；从各负载端口到第二连接点B之间的第四带状线，阻抗Z4需要进行优化。所有带状线的长度都大概是合成器工作频率对应波长的1/4，但都需要根据实际结构进行优化和微调。

第一带状线、第二带状线、第三带状线、第四带状线分别对应合成器腔体内的第一层结构、第二层结构、第三层结构和第四层结构。如图2所示，第一层结构包括从输出端口到第一连接点A之间的第一带状线和从第一连接点A到各输入端口之间的第二带状线。

如图3所示，第二层结构包括从各输入端口到各负载端口之间的第三带状线。

如图4和图5所示，从各负载端口到第二连接点B之间的第四带状线对应设置在第三层结构和第四层结构上。

各层带状线之间采用金属板或金属圆柱进行连接，带状线适当位置安装了Teflon支撑，保证带状线和合成器腔体之间的间距和位置。

在使用时，调频发射机6个功放模块分别与功率合成器的6个输入端口相连，功率合成器的6个外接匹配负载端口通过电缆分别与6个外接负载相连，功率合成器的输出端口接EIA 3 1/8”规格硬馈，再与其它设备相连。

Claims (10)

1.一种调频Gysel功率合成器，其特征在于：包括：合成器腔体、位于所述合成器腔体一侧侧壁上的N个输入端口、位于所述合成器腔体另一侧侧壁上的1个输出端口、位于所述合成器腔体上盖板上的N个外接匹配负载端口和若干设置在所述合成器腔体内的隔板；所述隔板将合成器腔体内部空间分成多层，在每一层设置相应的带状线，各层带状线通过金属件进行连接。

2.根据权利要求1所述的一种调频Gysel功率合成器，其特征在于：所述带状线包括：从输出端口到第一连接点之间的第一带状线、从第一连接点到各输入端口之间的第二带状线、从各输入端口到各外接匹配负载端口之间的第三带状线和从各外接匹配负载端口到第二连接点B之间的第四带状线。

3.根据权利要求2所述的一种调频Gysel功率合成器，其特征在于：所述第一带状线和第二带状线位于合成器腔体内部第一层上。

4.根据权利要求2所述的一种调频Gysel功率合成器，其特征在于：所述第三带状线位于合成器腔体内部第二层上。

5.根据权利要求1所述的一种调频Gysel功率合成器，其特征在于：所述输出端口位于合成器腔体另一侧侧壁中心位置上。

6.根据权利要求1所述的一种调频Gysel功率合成器，其特征在于：N个输入端口等间距分布在合成器腔体一侧侧壁上，N个外接匹配负载端口等间距分布在合成器腔体上盖板上。

7.根据权利要求1所述的一种调频Gysel功率合成器，其特征在于：所述带状线为悬置带状线结构。

8.根据权利要求1所述的一种调频Gysel功率合成器，其特征在于：所述带状线厚度为2mm。

9.根据权利要求1所述的一种调频Gysel功率合成器，其特征在于：所述带状线通过聚四氟乙烯支撑机构设置在合成器腔体内部空间的各层结构上。

10.根据权利要求1所述的一种调频Gysel功率合成器，其特征在于：所述输入端口与调频发射机的功放模块连接，所述外接匹配负载端口通过电缆与外接负载相连。

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