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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Hochfrequenz-Leistungsverstärker zur Verstärkung der Leistung von Hochfrequenzsignalen, die in einem Wellenleiter übertragen werden können.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Halbleiter-Hochleistungselemente, einschließlich Galliumnitrid-Feldeffekttransistoren (GaN FETs), werden vermehrt als Leistungsverstärkerelemente verwendet. Vorteilhafte Eigenschaften der Elemente, wie deren Langlebigkeit, helfen dabei, die Einführung von Halbleiterverstärker-Elementen bei Verstärkern zu fördern, die sonst gewöhnlich mit Vakuumröhren-Vorrichtungen gebildet werden. Dennoch liefern die Halbleiterverstärker-Elemente allein eine geringere Ausgangsleistung als die Vakuumröhren-Vorrichtungen. Daher können die Leistungsverstärker mit den Halbleiterverstärker-Elementen die Leistung der Eingangssignale auf Verstärkerelemente zur Verstärkung der geteilten Leistung aufteilen und anschließend die verstärkte Leistung wieder kombinieren.
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Die Patentliteratur 1 beispielsweise zeigt eine Leistungsverstärker-Vorrichtung, die parallel verbundene Verstärker aufweist. In der Leistungsverstärker-Vorrichtung gemäß der Patentliteratur 1 weisen ein Leistungsteiler und ein Leistungskombinierer, die als radiale Wellenleiter ausgebildet sind, jeweils eine Höhe auf, die in geeigneter Weise kleiner ist als die Wellenlänge einer transversalen elektromagnetischen (TEM) Welle, die sich in dem Wellenleiter ausbreitet.
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Der Leistungsteiler und der Leistungskombinierer liegen einander gegenüber, wobei eine planare Schlitzantenne vorgesehen ist, die jeweils Schlitze auf einer Seite jedes Leistungsteilers und jedes Leistungskombinierers aufweist. Verstärker sind zwischen dem einander gegenüberliegenden Leistungsteiler und Leistungskombinierer eingefügt.
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Die Patentliteratur 2 beschreibt ein Hochfrequenz-Modul, das so konzipiert ist, dass es eine Abschirmung für jedes Element bietet. Das Hochfrequenz-Modul gemäß der Patentliteratur 2 weist ein dielektrisches Substrat und eine Leitungsabdeckung auf. Das dielektrische Substrat weist auf einer Oberfläche desselben eine Hochfrequenz-Schaltung auf, die Elemente, wie etwa eine Leistungsquelle besitzt, um die Hochfrequenz-Schaltung mit Strom zu versorgen, sowie eine Steuerschaltungs-Komponente, um die Hochfrequenz-Schaltung zu steuern.
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Das dielektrische Substrat weist außerdem auf seinen beiden Oberflächen gedruckte Schutzleiter auf, die über Durchgangslöcher des dielektrischen Substrates elektrisch verbunden sind. Die Leiterabdeckung weist aufrechte Wandungen auf, die sich zwischen den Elementen der Hochfrequenz-Schaltung befinden und elektrisch mit den Schutzleitern verbunden sind, die auf die Oberflächen des dielektrischen Substrats gedruckt sind. Die aufrechten Wandungen bilden für jedes Element einen abgetrennten, abgeschlossenen Bereich.
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ZITIERTE PATENTLITERATUR
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- Patentliteratur 1 JP H06- 152 278 A
- Patentliteratur 2 JP 2012-191 122 A
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHES PROBLEM
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Wenn die Leistung des Eingangssignals unter den Verstärkerelementen aufgeteilt und dann verstärkt wird, wird die Fähigkeit benötigt, die Anzahl an Signalteilen und die Anzahl an Signalkombinierungen des Verstärkers flexibel zu ändern, um auf Änderungen der Ausgangsleistung von Systemen reagieren zu können, in denen die Verstärker eingesetzt werden.
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Die in der Patentliteratur 1 offenbarte Leistungsverstärker-Vorrichtung ist eine verlustarme Breitband-Vorrichtung, die jedoch nicht über die Flexibilität verfügt, eine Erhöhung der kombinierten Leistung der Leistungsverstärkungs-Vorrichtung zu erlauben, indem die Anzahl der Signalkombinierungen um eins erhöht wird, ohne die Konfiguration der Verstärker zu ändern. Wenn die Anzahl der Verstärker, die kombiniert werden sollen, erhöht wird, ist es notwendig, das Auftreten von Interferenzen zwischen den Elementen zu verhindern, damit sich die Frequenzcharakteristika nicht verschlechtern.
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Wenn jeder der Verstärker eine Verstärkerelement-Kette aufweist, die eine Vielzahl von Elementen verwendet, ist es außerdem notwendig, Signal-Feedbacks innerhalb der Verstärkerelement-Kette durch Unterdrückung von Oszillationen zu vermeiden, damit sich die Frequenzcharakteristika nicht verschlechtern. Daher ist für jedes Verstärkerelement eine Hochfrequenz-Trennung notwendig.
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Für die Verstärkerelement-Kette ist eine Trenn-Struktur der Hochfrequenz-Trennung für jedes Verstärkerelement innerhalb der Verstärkerelement-Kette ebenso notwendig. Die Verstärkerelemente zur Hochleistungsversorgung erzeugen typischerweise eine große Menge an Wärme und erfordern daher eine Wärmeableitungs-Struktur, damit die Sperrschichttemperatur der Halbleitervorrichtung unter einer bestimmten Temperatur bleibt.
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Die Patentliteratur 2 offenbart eine Trenn-Struktur, die einen abgetrennten, abgeschlossenen Bereich für jedes Element des Hochfrequenz-Moduls zur Verfügung stellt. Allerdings offenbart die Patentliteratur 2 keine Mittel, um die Wärme des stark wärmegenerierenden Verstärkerelements zur Hochleistungsversorgung abzuführen.
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Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die oben genannten Probleme zu lösen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine flexible Änderung der Anzahl der Signalkombinierungen des Verstärkers zu ermöglichen.
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LÖSUNG DES PROBLEMS
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Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, weist ein Hochfrequenz-Leistungsverstärker gemäß der vorliegenden Erfindung Folgendes auf:
eine Grundplatte,
einen linearen Wellenleiter-Teiler zur Aufteilung der Leistung eines eingehenden Hochfrequenzsignals auf Verzweigungseinheiten,
Verstärkerplatten, die auf der Grundplatte angeordnet sind und die jeweils parallel zueinander mit dem linearen Wellenleiter-Teiler verbunden sind, wobei die Verstärkerplatten für die jeweiligen Verzweigungseinheiten des linearen Wellenleiter-Teilers ausgebildet sind,
einen linearen Wellenleiter-Kombinierer, der mit den Verstärkerplatten verbunden ist und der Verbindungseinheiten aufweist, die den Verstärkerplatten zugeordnet sind und konfiguriert sind, die Leistung des Hochfrequenzsignals zu kombinieren, und
eine elektrisch leitende Verstärkerabdeckung, die Wandungen aufweist, die dazu konfiguriert sind, eine durchgehende Trennung zwischen Schaltungen der Verstärkerplatten von dem linearen Wellenleiter-Teiler bis zu dem linearen Wellenleiter-Kombinierer bereitzustellen,
wobei die Wandungen für die jeweiligen Verstärkerplatten ausgebildet sind, wobei die elektrisch leitende Verstärkerabdeckung mit Ausnahme der Öffnungen des linearen Wellenleiter-Teilers und der Öffnungen des linearen Wellenleiter-Kombinierers eine gesamte Oberfläche der Verstärkerplatten abdeckt.
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Jede der Verstärkerplatten weist einen Wellenleiter-Mikrostreifen-Übergang auf, der der Öffnung der Verzweigungseinheit zugeordnet ist, sowie einen Verstärkerbereich, der ein Verstärkerelement zum Verstärken des Hochfrequenzsignals aufweist, und einen Mikrostreifen-Wellenleiter-Übergang, der einer Öffnung der Verbindungseinheit zugeordnet ist.
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VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, für die Anzahl an Signalaufteilungen und -kombinierungen der Verstärker nicht nur eine gerade Anzahl zu wählen, sondern auch eine ungerade Anzahl. Es wird außerdem ermöglicht, dass die Anzahl an Signalkombinierungen der Verstärker bei einer Erhöhung oder Verringerung der Anzahl der Verstärkerplatten flexibel um die gleiche Anzahl geändert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, die eine Beispiel-Konfiguration eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkers gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines Trennblocks gemäß Ausführungsform 1 von der Verstärkerplatten-Seite aus gesehen;
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3 ist eine Ansicht, die den montierten Hochfrequenz-Leistungsverstärker gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
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4 ist eine Schnittdarstellung eines Wellenleiters eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkers gemäß Ausführungsform 1;
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5 ist eine Abbildung, die erläutert, wie der Hochfrequenz-Leistungsverstärker gemäß Ausführungsform 1 Wärme ableitet;
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6 ist eine von der Verstärkerplatte aus gesehene perspektivische Darstellung eines weiteren Beispiels für den Trennblock gemäß Ausführungsform 1;
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7 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, die eine weitere Beispiel-Konfiguration des Hochfrequenz-Leistungsverstärkers gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
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8 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, die eine Beispiel-Konfiguration eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkers gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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9 ist eine Ansicht, die die Wärmeableitungs-Pfade eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkers gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsform 1
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1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, die eine Beispiel-Konfiguration eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkers gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Hochfrequenz-Leistungsverstärker weist eine Grundplatte 2 auf, sowie vier Verstärkerplatten 15, einen elektrisch leitenden Trennblock 3, einen Teilerblock 6, der einen oberen Bereich eines linearen Wellenleiter-Teilers 12 bildet, und einen Kombiniererblock 7, der einen oberen Bereich eines linearen Wellenleiter-Kombinierers 13 bildet. Jede der gleich aufgebauten Verstärkerplatten 15 weist ein Verstärkerelement 1 auf. Die Grundplatte 2 besteht aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere aus Metall.
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Die vier Verstärkerplatten 15 sind auf der Grundplatte 2 angeordnet. Die Grundplatte 2 schirmt die Verstärkerplatten 15 auf der dem Trennblock 3 (der Verstärkerabdeckung) gegenüberliegenden Seite ab. Der Trennblock 3 (die Verstärkerabdeckung) bedeckt, ausgenommen Öffnungen 10 und Öffnungen 11, die gesamten Oberflächen der Verstärkerplatten 15. Gemäß Ausführungsform 1 bildet ein einzelnes Verstärkerelement einen Verstärkerbereich der Verstärkerplatte 15.
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Der Trennblock 3 (die Verstärkerabdeckung) besteht aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere aus Metall, und ist integral mit einem unteren Bereich 4 des linearen Wellenleiter-Teilers 12 und einem unteren Bereich 5 des linearen Wellenleiter-Kombinierers 13 ausgebildet. Der lineare Wellenleiter-Teiler 12 wird nachfolgend vereinfacht als Teiler 12 bezeichnet. Außerdem wird der lineare Wellenleiter-Kombinierer 13 nachfolgend vereinfacht als Kombinierer 13 bezeichnet.
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Um den Teiler 12 zu bilden, sind der untere Bereich 4 des Teilers 12, der integral mit dem Trennblock 3 (Verstärkerabdeckung) ausgebildet ist, und der Teilerblock 6 aufeinandergesetzt. Eine Ebene, die sich durch den Wellenleiter in Ausbreitungsrichtung des Hochfrequenzsignals erstreckt, teilt den Teiler 12 in den Teilerblock 6 und den unteren Bereich 4.
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Ferner sind der untere Bereich 5 des Kombinierers 13, der integral mit dem Trennblock 3 (Verstärkerabdeckung) ausgebildet ist, und der Kombiniererblock 7 aufeinander gesetzt, um den Kombinierer 13 zu bilden. Eine Ebene, die sich durch den Wellenleiter in Ausbreitungsrichtung des Hochfrequenzsignals erstreckt, teilt den Kombinierer 13 in den Kombiniererblock 7 und den unteren Bereich 5.
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Der Teiler 12 empfängt ein Hochfrequenzsignal von einem Koaxial-Anschluss 8. Der Teller 12 hat vier Verzweigungen, deren Anzahl derjenigen der Verstärkerplatten 15 entspricht. Die Verzweigungen sind hintereinander entlang der Ausbreitungsrichtung des Hochfrequenzsignals in dem Wellenleiter angeordnet. Jede der Verzweigungen wird als Verzweigungseinheit bezeichnet. Die Verzweigungen des Teilers 12 sind zum Beispiel als Π-Verzweigung oder als T-Verzweigung ausgebildet.
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Die Verzweigungseinheiten des Teilers 12 sind in einem gleichmäßigen Abstand voneinander angeordnet, der auf eine Leiter-Wellenlänge abgestimmt ist. Die Öffnungen 10 sind in dem unteren Bereich 4 des Tellers 12 so ausgebildet, dass sie auf die Verzweigungseinheiten ausgerichtet sind. Die Hochfrequenzsignale, die an den Verzweigungseinheiten geteilt werden, werden durch die Öffnungen 10 an die Verstärkerplatten 15 ausgegeben. Der Teiler 12 ist durch einen nicht-reflektierenden Abschluss abgeschlossen.
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Der Teiler 12 teilt die Leistung des von dem Koaxial-Anschluss 8 empfangenen Hochfrequenzsignals aufeinanderfolgend von dem Koaxial-Anschluss 8 aus 1 hin zu dem nicht-reflektierenden Abschluss an der entfernten Seite auf die vier Verzweigungseinheiten in Viertel auf. Von jeder der Verzweigungseinheiten wird dann ein Viertel der Leistung an die entsprechende Öffnung 10 ausgegeben. Der Anschluss für die Hochfrequenzsignal-Eingabe ist nicht auf den Koaxial-Anschluss beschränkt, sondern kann auch ein Wellenleiter sein.
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Die Verstärkerplatten 15 sind für die jeweiligen Verzweigungseinheiten des Teilers 12 ausgebildet und sind jeweils parallel zueinander mit dem Teller 12 verbunden. Die Verstärkerplatten 15 sind jeweils mit einem auf die Öffnung 10 ausgerichteten Wellenleiter-Mikrostreifen-Übergang 16 ausgestattet. Das Hochfrequenzsignal, das durch den Wellenleiter-Mikrostreifen-Übergang 16 läuft, wird durch das Verstärkerelement 1 verstärkt und an einen Mikrostreifen-Wellenleiter-Übergang 17 ausgegeben.
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Ein Mikrostreifen-Leiter verbindet den Wellenleiter-Mikrostreifen-Übergang 16 mit dem Verstärkerelement 1, und ein weiterer Mikrostreifen-Leiter verbindet das Verstärkerelement 1 mit dem Mikrostreifen-Wellenleiter-Übergang 17. Diese Mikrostreifen-Leiter sind in 1 jedoch nicht gezeigt.
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Der Kombinierer 13 hat vier Verbindungseinheiten, die den Verstärkerplatten 15 zugeordnet sind. Wie bei dem Teiler 12 weisen die Verzweigungen des Kombinierers 13 beispielsweise die Struktur einer Π-Verzweigung oder einer T-Verzweigung auf. Die Verzweigungen des Kombinierers 13 dienen der Kombination von Signalen. Die Verzweigungen des Kombinierers 13 weisen eine Ausrichtung der Signalleistung auf, die entgegengesetzt zu derjenigen der Verzweigungen des Teilers 12 ist. Sie werden daher als Verbindungseinheiten bezeichnet.
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Die Verbindungseinheiten(-Verzweigungen) des Kombinierers 13 weisen den gleichen Abstand auf wie der zwischen den Verzweigungseinheiten des Teilers 12, so dass der Abstand auf eine Leiter-Wellenlänge abgestimmt ist. Die Öffnungen 11 sind in dem unteren Bereich 5 des Kombinierers 13 ausgebildet, so dass sie auf die Verbindungseinheiten ausgerichtet sind. Der Mikrostreifen-Wellenleiter-Übergange 17 sind auf die jeweiligen Öffnungen 11 des Kombinierers 13 ausgerichtet angeordnet. Die Hochfrequenzsignale, die durch den Mikrostreifen-Wellenleiter-Übergang 17 laufen, werden von den Öffnungen 11 an den Kombinierer 13 ausgegeben.
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Die Verzweigungen des Kombinierers 13 weisen die gleiche Struktur auf wie die Verzweigungen des Teilers 12. Anders ausgedrückt: Wenn der Teiler 12 Π-Verzweigungen aufweist, dann weist auch der Kombinierer 13 Π-Verzweigungen auf. Ebenso weist der Kombinierer 13 T-Verzweigungen auf, wenn der Teiler 12 T-Verzweigungen aufweist. Der Teiler 12 teilt die Hochfrequenzsignale, die geteilt werden sollen, während sich die Hochfrequenzsignale von dem Koaxial-Anschluss 8, der an der in 1 vorn dargestellten Seite liegt, zu der dem Koaxial-Anschluss 8 entfernten Seite hin bewegen.
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Der Kombinierer 13 weist außerdem einen Abschluss an der in 1 vorn dargestellten Seite auf und kombiniert die Hochfrequenzsignale nacheinander phasengleich in der umgekehrten Reihenfolge der Teilungs-Reihenfolge, während sich die Hochfrequenzsignale von der vorn dargestellten Seite zu der entfernten Seite hin bewegen. Die Hochfrequenzsignale, die von dem Koaxial-Anschluss 8 empfangen werden, werden von dem Teiler 12 also in vier Teile geteilt, an den jeweiligen Verstärkerplatten 15 verstärkt und dann in dem Kombinierer 13 phasengleich kombiniert. Damit werden Ausgangssignale erhalten, die den Originalsignalen ähnlich sind, deren Leistung jedoch eine verstärkte Leistung des Originalsignals ist.
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Die Verstärkerplatten 15 werden durch Wandungen getrennt, um so – in der gewünschten Weise bei der Frequenz der Hochfrequenzsignale – voneinander getrennt zu sein. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Trennblocks gemäß Ausführungsform 1, von der Verstärkerplatten-Seite aus gesehen. Der Trennblock 3 (die Verstärkerabdeckung) ist mit Wandungen 18 versehen, die einen abgetrennten Bereich für jede Verstärkerplatte 15 bei der Frequenz des Hochfrequenzsignals bilden.
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Die Wandungen 18 sind so angeordnet, dass jede Verstärkerplatte 15 so positioniert ist, dass sie von den Wandungen 18 in einer Richtung parallel zu einer Linie, die den linearen Wellenleiter-Teiler 12 mit dem linearen Wellenleiter-Kombinierer 13 verbindet, umgeben sind. Die Wandungen 18 des Trennblocks 3 (der Verstärkerabdeckung) bilden für jede Verstärkerplatte 15 einen abgeschlossenen Raum. Der Abstand zwischen den Wandungen 18 ist an vier Stellen groß.
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Das einzelne Verstärkerelement 1, das auf der Verstärkerplatte 15 gemäß Ausführungsform 1 enthalten ist, befindet sich an einer zweiten Stelle mit breitem Abstand der Wandungen 18, von der Seite des Teilers 12 aus gezählt. Der in 2 gezeigte Trennblock 3 (die Verstärkerabdeckung) kann für Verstärkerplatten 15 verwendet werden, die bis zu vier Verstärkerelemente 1 aufweisen. Alternativ kann ein Trennblock (eine Verstärkerabdeckung) verwendet werden, der für eine Verstärkerplatte 15 mit einem einzelnen Verstärkerelement 1 geeignet ist.
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In der Grundplatte 2 sind vertiefte Bereiche 19 zur Aufnahme der Verstärkerelemente 1 ausgebildet. Sie trennen ein Verstärkerelement 1 von einem anderen Verstärkerelement 1 der benachbarten Verstärkerplatte 15. Jeder geschlossene Raum weist eine Öffnung 10 und eine Öffnung 11 für jede Verstärkerplatte 15 auf. Somit werden die Trenn-Eigenschaften zwischen dem Teiler 12 und dem Kombinierer 13 aufrechterhalten.
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Dementsprechend kann ein zuverlässiger Hochfrequenz-Leistungsverstärker vom Leistungsteilungs- und -kombinierungs-Typ ohne Verschlechterungen der Charakteristika erhalten werden, die andernfalls durch Oszillation in der Verstärkerschaltung oder dergleichen verursacht werden.
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Die Trenn-Struktur erfüllt die folgenden Bedingungen: [Gleichung I]
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Hierbei ist α eine räumliche Trennung pro Längeneinheit [dB/mm] ist; λc ist die Wellenlänge einer Trennfrequenz [mm]; und λ ist die Wellenlänge einer durchlaufenden Frequenz (Betriebsfrequenz) [mm].
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Die Wellenlänge λc der intra-cavity-Trennfrequenz in der obigen, vereinfachten Gleichung ist festgelegt durch die Breite (zum Beispiel angegeben als a [mm]) in einer Richtung senkrecht zu der Ausbreitungs-(Propagations-)richtung des Hochfrequenzsignals und kann daher als λc = 2α ausgedrückt werden, wobei die Trenn-Frequenz fc = c/λc ist und c die Lichtgeschwindigkeit ist.
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Dies bedeutet, dass den Wandungen 18 eine Trenn-Struktur zugeschrieben werden kann, wenn der Abstand zwischen den Wandungen 18 des Trennblocks 3 (der Verstärkerabdeckung) gleich oder kleiner als λc ist, die Betriebsfrequenz also größer als fc ist.
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3 zeigt den zusammengesetzten Hochfrequenz-Leistungsverstärker gemäß Ausführungsform 1. Der integral mit dem Trennblock 3 (der Verstärkerabdeckung) ausgebildete untere Bereich 4 ist in engem Kontakt mit dem Teilerblock 6, so dass der Teiler 12 gebildet wird. Ähnlich ist der integral mit dem Trennblock 3 (der Verstärkerabdeckung) ausgebildete untere Bereich 5 in engem Kontakt mit dem Kombiniererblock 7, so dass der Kombinierer 13 gebildet wird.
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Die Verstärkerplatten 15 sind zwischen der Grundplatte 2 und dem integral mit dem unteren Bereich 4 des Teilers 12 und dem unteren Bereich 5 des Kombinierers 13 ausgebildeten Trennblock 3 (der Verstärkerabdeckung) eingeklemmt.
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Die Grundplatte 2 und der Trennblock 3 (die Verstärkerabdeckung) sind zwischen den Verstärkerplatten 15 in Kontakt miteinander. Der Koaxial-Anschluss 8 für die Eingabe der Hochfrequenzsignale und der Ausgabeanschluss eines Wellenleiters 9 für die Ausgabe des verstärkten Signals sind auf der gleichen Seite ausgebildet.
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4 ist eine Schnittdarstellung eines Wellenleiters des Hochfrequenz-Leistungsverstärkers gemäß Ausführungsform 1. 4 zeigt den Teiler 12 und den Kombinierer 13 im Teilschnitt. Wie gezeigt, sind der Wellenleiter des Teilers 12 und der Wellenleiter des Kombinierers 13 sichtbar. Der Wellenleiter 9 zur Rückleitung der Ausgabe des Kombinierers 13 ist ebenfalls sichtbar.
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Bei der Ausführungsform 1 werden die kombinierten Hochfrequenzsignale an der entfernten Seite des Kombinierers 13, wie in der Zeichnung zu sehen, zurückgefaltet und werden von dem Wellenleiter 9 an der Seite des Koaxial-Anschlusses 8 des Hochfrequenz-Leistungsverstärkers ausgegeben. Die Hochfrequenzsignale, die von dem Wellenleiter 9 ausgegeben werden, werden beispielsweise durch einen Wellenleiter zu einer Antenne geleitet und von der Antenne in den Raum ausgesendet.
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In 5 ist dargestellt, wie der Hochfrequenz-Leistungsverstärker gemäß Ausführungsform 1 Wärme abführt. Zwischen den Verstärkerplatten 15 und jeweils der Grundplatte 2 und dem Trennblock 3 (der Verstärkerabdeckung) sind Isolierungen angeordnet. Zwischen den Verstärkerplatten 15 stehen die Grundplatte 2 und der Trennblock 3 (Verstärkerabdeckung) miteinander in Kontakt.
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Daher wird in den Verstärkerplatten 15 erzeugte Wärme von der Grundplatte 2 und dem Trennblock 3 (der Verstärkerabdeckung) auf den unteren Bereich 4 und den Teilerblock 6, die gemeinsam den Teiler 12 bilden, sowie auf den unteren Bereich 5 und den Kombiniererblock 7, die gemeinsam den Kombinierer 13 bilden, übertragen. Die Wärme wird dann von deren Oberflächen durch Konvektion und Strahlung abgegeben. Eine Metall-Wellenleiterstruktur des Leistungsteilers und des Leistungskombinierers ermöglicht die Wärmeabführung von den oberen und seitlichen Oberflächen der Struktur, was die Effizienz der Wärmeabführung erhöht, da der Wärmeabführungsbereich vergrößert ist.
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Die Wärme, die in den Verstärkerplatten 15 generiert wird, wird außerdem von der Oberfläche der Grundplatte 2 durch Konvektion und Strahlung abgegeben. Hier verbessern die Montage eines Kühlkörpers oder eines Wärmerohrs auf der Grundplatte 2 und die Abführung der Wärme durch Wärmeübertragung auf den Kühlkörper oder das Wärmerohr die Wärmeabführungseffizienz.
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Die Anzahl der Verstärkerplatten 15 bei der Ausführungsform 1 beträgt vier. Es kann jedoch jede Anzahl an Verstärkerplatten größer als eins vorgesehen sein. Der Teiler 12 und der Kombinierer 13 weisen jeweils die gleiche Anzahl an Verzweigungen auf wie die Anzahl von Verstärkerplatten 15. Der untere Bereich 4 und der Teilerblock 6 des Teilers 12, sowie der untere Bereich 5 und der Kombiniererblock 7 des Kombinierers 13 sind so ausgebildet, dass sie Verzweigungen entsprechend der Anzahl an Verzweigungen haben. Der Teiler 12 teilt die Leistung des Eingangssignals entsprechend der Anzahl der Verzweigungen n auf und gibt ein n-tel der Leistung nacheinander an jede Abzweigung aus.
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Weil der Hochfrequenz-Leistungsverstärker gemäß der Ausführungsform 1 ein Leistungsteilungs- und -kombinierungs-Typ ist, der eine Wellenleiterstruktur verwendet, sind die Teilungs- und Kombinierungsverluste gering. Weil außerdem ein linearer Leistungsteilungs- und kombinierungs-Typ verwendet wird, kann die Anzahl von n um eins erhöht und die Ausgabeleistung des Hochfrequenz-Leistungsverstärkers um die Ausgabeleistung eines Verstärkerelements erhöht und verringert werden, ohne dass Komponenten außer dem Leistungsteiler und -kombinierer umgestaltet werden müssen.
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In dem Hochfrequenz-Leistungsverstärker aus Ausführungsform 1 sind der lineare Wellenleiter-Teiler 12 und der lineare Wellenleiter-Kombinierer 13 auf dem oberen Bereich des Trennblockes 3 (Verstärkerabdeckung) angebracht, und die Hochfrequenzsignale werden durch den linearen Wellenleiter-Teiler 12 und den linearen Wellenleiter-Kombinierer 13 geleitet, indem eine vertikale Transformation auf die Hochfrequenzsignale angewendet wird, die auf die Verstärkerplatten 15 übertragen werden sollen (das heißt, die Hochfrequenzsignale, die auf die Verstärkerplatten 15 übertragen werden sollen, werden in vertikaler Richtung umgeleitet).
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Dementsprechend kann ein Leistungsteilungs- und -kombinierungs-Typ eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkers mit kleinen Abmessungen erhalten werden. Außerdem ist die Trenn-Struktur der Verstärkerelemente eine Struktur, die integral mit dem Teiler 12 und dem Kombinierer 13 ausgebildet ist. Dadurch wird die Wärmeabführungseffizienz aufgrund der Vergrößerung des Wärmeabführungsbereiches verbessert und die Anzahl der Bauteile verringert.
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6 ist eine von der Verstärkerplatte aus gesehene perspektivische Darstellung eines weiteren Beispiels für einen Trennblock gemäß Ausführungsform 1.
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Der in 2 gezeigte Abstand zwischen den Wandungen 18 des Trennblocks 3 (der Verstärkerabdeckung) weist breite und schmale Bereiche auf. Wenn die Bereiche mit kleinen Abständen zwischen den Wandungen 18 so vorgegeben werden, dass sie einen Abstand haben, der ausreichend kürzerer ist als die Wellenlänge der Trenn-Frequenz, so verbessern sich die Trenneigenschaften des Trenn-Blocks 3 (der Verstärkerabdeckung).
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Ist die Trennung zwischen dem linearen Wellenleiter-Teiler 12 und dem linearen Wellenleiter-Kombinierer 13 sichergestellt, dann ist es nicht notwendig, die schmalen Bereiche in den Abständen der Wandungen 18 vorzusehen und der Abstand zwischen den Wandungen 18 ist, wie in 6 gezeigt, einheitlich.
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7 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, die eine weitere Beispiel-Konfiguration des Hochfrequenz-Leistungsverstärkers gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
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In 1 sind der untere Bereich 4 des linearen Wellenleiter-Teilers und der untere Bereich 5 des linearen Wellenleiter-Kombinierers integral mit dem Trennblock 3 (der Verstärkerabdeckung) ausgebildet. Sie können aber, wie in 7 dargestellt, von dem Trennblock 3 (der Verstärkerabdeckung) getrennt ausgebildet sein. In diesem Fall sind der untere Bereich 4 des linearen Wellenleiter-Teilers und der untere Bereich 5 des linearen Wellenleiter-Kombinierers über die Wellenleiter, die auf den Trennblöcken 3 (der Verstärkerabdeckung) angeordnet sind, elektrisch miteinander verbunden.
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Außerdem bedeckt der Trennblock 3 (die Verstärkerabdeckung) in 1 alle vier Verstärkerplatten 15, doch es kann, wie in 7 gezeigt, jede der Verstärkerplatten 15 so konfiguriert sein, dass sie von dem jeweils entsprechenden Trennblock 3a, 3b, 3c und 3d (Verstärkerabdeckung) und den entsprechenden Grundplatten 2a, 2b, 2c und 2d bedeckt ist.
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Ausführungsform 2
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8 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, die eine Beispiel-Konfiguration eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkers gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Ausführungsform 1 weist ein einzelnes Verstärkerelement 1 auf, das den Verstärkerbereich der Verstärkerplatte 15 bildet, während die Ausführungsform 2 eine Anzahl von m Verstärkerelementen 1 besitzt, die den Verstärkerbereich bilden, um eine Verstärkerelement-Kette zu bilden. 8 zeigt ein Beispiel für den Fall, bei dem die Anzahl n der Verstärkerplatten, die gleich der Anzahl der Verzweigungen ist, 4 ist. Die Anzahl m der Verstärkerelemente in der Verstärkerelement-Kette ist ebenfalls gleich 4.
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Die perspektivische Darstellung des Trennblocks 3 (der Verstärkerabdeckung) der Ausführungsform 2 ist die gleiche wie die in 2. Der Trennblock 3 (die Verstärkerabdeckung) ist so ausgebildet, dass die Verstärkerelemente 1 in den Bereichen mit breiten Abständen zwischen den Wandungen 18 aufgenommen werden. Bei der Ausführungsform 2 sind vier vertiefte Bereiche 19 in einer Grundplatte 2 für jede der Verstärkerplatten 15 gebildet, um die Verstärkerelemente 1 darin aufzunehmen. Sie dienen der Trennung der Verstärkerelemente 1 voneinander innerhalb der Verstärkerelement-Kette und bilden darüber hinaus die Verstärkerelemente 1 in den angrenzenden Verstärkerplatten 15.
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Der Trennblock 3 (die Verstärkerabdeckung) stellt die Trennung der Verstärkerelement-Ketten (Schaltungen) der Verstärkerplatten 15 voneinander sowie die Trennung der m Verstärkerelemente 1 in jeder Verstärkerelement-Kette sicher, indem die m Verstärkerelemente 1 getrennt werden. Dadurch werden Rücklaufsignale im Raum reduziert oder eliminiert. Der Trennblock 3 (die Verstärkerabdeckung) sorgt für eine Stabilisierung der Frequenzcharakteristika und unterdrückt Oszillationen im Hochfrequenz-Leistungsverstärker. Die weiteren Effekte entsprechen den Effekten bei der Ausführungsform 1.
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Ausführungsform 3
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9 ist eine Ansicht, die die Wärmeableitungs-Pfade eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkers gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der Ausführungsform 3 stehen die Verstärkerelemente 1 über jeweilige thermisch leitende Elemente 14 in Kontakt mit dem Teilerblock 3 (der Verstärkerabdeckung). In 9 dargestellte schraffierte Pfeile zeigen die Wärmeübertragungspfade an, die über das thermisch leitende Element 14 durch den Trennblock 3 (die Verstärkerabdeckung), den unteren Bereich 5 des linearen Wellenleiter-Kombinierers und den Kombiniererblock 7 führen.
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Außerdem zeigen weiße Pfeile einen Wärmeübertragungspfad über die Grundplatte 2 durch den unteren Bereich 5 des linearen Wellenleiter-Kombinierers und den Kombiniererblock 7 an. Die in dem Verstärkerelement 1 generierte Wärme wird durch das thermisch leitende Bauteil 14 an den Teilerblock 3 (die Verstärkerabdeckung) abgeführt. Wie in 5 gezeigt, wird die Wärme dann von den Oberflächen des Teilers 12 und den Oberflächen des Kombinierers 13 abgegeben, um in die Atmosphäre abgeleitet zu werden.
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Die in der Verstärkerplatte 15 generierte Wärme wird außerdem von den Oberflächen der Grundplatte 2 durch Konvektion und Strahlung abgegeben. Hier kann das Anbringen eines Kühlkörpers oder eines Wärmerohrs auf der Grundplatte 2 und das Ableiten von Wärme durch Übertragung auf den Kühlkörper oder das Wärmerohr die Wärmeabführungseffizienz verbessern.
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Der Wärmeabführungs-Pfad ist mit m Verstärkerelementen 1 in einer einzelnen Verstärkerelement-Kette gebildet, die über die jeweiligen thermisch leitenden Elemente 14 in Kontakt mit dem Teilerblock 3 (der Verstärkerabdeckung) stehen. Dadurch wird die in dem Verstärkerelement 1 generierte Wärme nicht nur von der Seite der Grundplatte 2 in die Atmosphäre abgeführt, sondern auch über den Pfad, der über den Trennblock 3 (die Verstärkerabdeckung) durch den Teilerblock 6 und den Kombiniererblock 7 führt.
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Insbesondere weist das Verstärkerelement 1, das sich nahe der Ausgabeseite des Hochfrequenz-Leistungsverstärkers befindet, eine Tendenz auf, mehr Wärme zu generieren. Daher führt eine Anordnung des Verstärkerelements 1 nahe an dem unteren Bereich 5 des Kombinierers 13 zu einem kürzeren Wärmeabführungs-Pfad, was eine aktive Wärmeabführung ermöglicht.
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Selbst wenn, wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben, das thermisch leitende Element 14 nicht an dem oberen Bereich des Verstärkerelements 1 vorgesehen ist, wird die Wärme von der unteren Oberfläche des Verstärkerelements 1 über die Grundplatte 2 und den Trennblock 3 (die Verstärkerabdeckung) an den Teiler 12 und den Kombinierer 13 übertragen, weil die Grundplatte 2 und der Trennblock 3 (die Verstärkerabdeckung), die aus Metall mit einer hohe Wärmeleitfähigkeit bestehen, in Kontakt miteinander sind.
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In jeder der Anordnungen ist eine Wärmeabführung von dem Trennblock 3 (der Verstärkerabdeckung) durch den Teilerblock 6 und den Kombiniererblock 7 zu erwarten. Bei der Ausführungsform 3 wird eine noch höhere Wärmeabführungseffizienz erreicht, weil das Verstärkerelement 1 mit dem Trennblock 3 (der Verstärkerabdeckung) über das thermisch leitende Element 14 in Kontakt steht.
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Das viel Wärme generierende Verstärkerelement 1 nahe der Ausgabeseite des Hochfrequenz-Leistungsverstärkers ist wünschenswerterweise direkt unter dem Kombinierer 13 angeordnet, weil diese Anordnung für eine hohe Wärmeabführungseffizienz sorgt. Weil unglücklicherweise der Trennblock 3 (der Verstärkerabdeckung) integral mit dem unteren Bereich 5 des Kombinierers 13 ausgebildet ist, befindet sich das viel Wärme generierende Verstärkerelement 1, das sich nahe der Ausgabeseite des Hochfrequenz-Leistungsverstärkers befindet, direkt unter einem Abdeckbereich, der nicht der untere Bereich 5 des Trennblocks 3 (der Verstärkerabdeckung) ist.
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Dennoch kann selbst mit dieser Anordnung ein Hochrequenz-Leistungsverstärker mit guten Wärmeabführungseigenschaften geschaffen werden, bei dem sich das viel Wärme generierende Verstärkerelement 1, das sich nahe der Ausgabeseite des Hochfrequenz-Leistungsverstärkers befindet, direkt unter dem Abdeckbereich befindet, der nicht der untere Bereich 5 des Trennblocks 3 (der Verstärkerabdeckung) ist, weil der Wärmewiderstand zwischen dem Trennblock 3 (der Verstärkerabdeckung) und dem Kombinierer 13 gering ist.
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Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Weisen realisiert werden und kann diversen Modifikationen unterzogen werden, ohne von dem grundsätzlichen Gedanken und dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus beschreibt die obige Darstellung einige beispielhafte Ausführungsformen zu erläuternden Zwecken und limitiert den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht.
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Mit anderen Worten: Der Umfang der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus den Ansprüchen und nicht aus den Ausführungsformen. Diverse Änderungen und Modifikationen, die innerhalb des Umfangs der Ansprüche vorgenommen werden, sind gemeinsam mit dem gesamten Umfang an Äquivalenten, die diese Ansprüche ermöglichen, ebenfalls im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten.
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-078390 , die am 7 April 2015 eingereicht wurde und deren gesamte Offenbarung durch Bezugnahme hier aufgenommen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verstärkerelement
- 2, 2a, 2b, 2c, 2d
- Grundplatte
- 3, 3a, 3b, 3c, 3d
- Trennblock (Verstärkerabdeckung)
- 4
- unterer Bereich 4 des linearen Wellenleiter-Teilers
- 5
- unterer Bereich 5 des linearen Wellenleiter-Kombinierers
- 6
- Teilerblock (oberer Bereich des linearen Wellenleiter-Teilers)
- 7
- Kombiniererblock (oberer Bereich des linearen Wellenleiter-Kombinierers)
- 8
- Koaxial-Anschluss
- 9
- Wellenleiter
- 10, 11
- Öffnung
- 12
- linearer Wellenleiter-Teiler
- 13
- linearer Wellenleiter-Kombinierer
- 14
- thermisch leitendes Element
- 15
- Verstärkerplatte
- 16
- Wellenleiter-Mikrostreifen-Übergang
- 17
- Mikrostreifen-Wellenleiter-Übergang
- 18
- Wandung
- 19
- vertiefter Bereich
