專利名稱：多路徑向波導(dǎo)功率合成放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多路徑向波導(dǎo)功率合成放大器，適用于微波毫米波的功率合成放大。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代無線電通信(如GPS, WLAN, SAR, LMDS, Bluetooth, and PCS)需求的不斷增加，射頻頻譜已經(jīng)擁擠不堪。因此，必須開發(fā)更高的頻譜資源。然而，隨著工作頻率的不斷升高，特別是進(jìn)入微波毫米波頻段后，單個(gè)固態(tài)器件的功率輸出能力卻大大降低，遠(yuǎn)不能滿足通信系統(tǒng)的要求。因此，如果在微波毫米波領(lǐng)域，仍想采用有固態(tài)通信技術(shù)，就必須采用功率合成技術(shù)來提高系統(tǒng)的功率輸出能力。傳統(tǒng)的平面電路功率合成技術(shù)，由于合成功率有限、合成效率低、工作帶寬窄、散熱差，等一些固有的缺陷己不再適用。要突破固態(tài)通信技術(shù)目前所遇到的這個(gè)技術(shù)瓶頸，開發(fā)優(yōu)良的功率合成器是關(guān)鍵。功率合成器最重要的指標(biāo)就是合成效率。影響合成效率最重要的因素就是插損和各路信號(hào)的幅相不一致性。 一般情況下，各支路MMIC放大器芯片會(huì)采用同一廠家同一型號(hào)的單片放大器，它們的振幅和相位差異很小可忽略不計(jì)。當(dāng)不考慮各支路有源器件本身振幅和相位差異時(shí)，那么產(chǎn)生振幅和相位差異的就只是無源合成網(wǎng)絡(luò)了。所以，無源合成網(wǎng)絡(luò)(功分器和合成器)的設(shè)計(jì)成為整個(gè)合成放大器設(shè)計(jì)的核心技術(shù)。如果能夠保證合成網(wǎng)絡(luò)各支路傳輸線類型、結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)度相同，那么就可以保證各支路振幅和相位的一致。顯然，對(duì)稱結(jié)構(gòu)的合成網(wǎng)絡(luò)是保證振幅和相位一致性的理想結(jié)構(gòu)。由徑向波導(dǎo)功分器和合成器構(gòu)成的空間功率合成網(wǎng)絡(luò)就是一種高度對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。另外，因徑向波導(dǎo)合成網(wǎng)絡(luò)屬波導(dǎo)傳輸線類型，所以除具有振幅相位一致性優(yōu)點(diǎn)外，還具有插入損耗小，功率容量大和工作帶寬寬等優(yōu)點(diǎn)。因此它具有其它傳統(tǒng)功分/合成電路(如微帶Wilkson功分器、分支線耦合器等)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了突破固態(tài)通訊技術(shù)和雷達(dá)技術(shù)，在微波毫米波等高頻率領(lǐng)域，所遇到的單個(gè)固態(tài)功率器件無法滿足系統(tǒng)要求的技術(shù)瓶頸，提供一種多路徑向波導(dǎo)功率合成放大器。本實(shí)用新型包括徑向波導(dǎo)功分器、徑向波導(dǎo)功率合成器和放大器芯片陣列。所述的徑向波導(dǎo)功分器和徑向波導(dǎo)功率合成器的結(jié)構(gòu)完全相同，具體是包括側(cè)面金屬壁、上金屬壁、下金屬壁；側(cè)面金屬壁為圓柱形的金屬筒，上金屬壁和下金屬壁為直徑與側(cè)面金屬壁外徑相等的圓形金屬片，上金屬壁和下金屬壁分別固定在側(cè)面金屬壁的兩端，上金屬壁的內(nèi)表面、下金屬壁的內(nèi)表面和側(cè)面金屬壁的內(nèi)側(cè)面圍合成圓柱形的徑向波導(dǎo)腔；上金屬壁外表面的中心固定設(shè)置有SMA接頭，上金屬壁內(nèi)表面的中心設(shè)置有主同軸探針，主同軸探針穿過上金屬壁與SMA接頭的內(nèi)導(dǎo)體固定連接，所述的主同軸探針為半徑呈階梯變化的圓柱形金屬桿，其中位于徑向波導(dǎo)腔內(nèi)的端部為金屬桿最大直徑的部分；下金屬壁上開有多個(gè)直徑相同的通孔，每個(gè)通孔內(nèi)嵌入直徑相同的圓柱形的介質(zhì)塊，每個(gè)介質(zhì)塊與下金屬壁圓心的距離相同，多個(gè)介質(zhì)塊的中心點(diǎn)圍合成正多邊形；與介質(zhì)塊數(shù)量相同的多個(gè)支路同軸探針穿過對(duì)應(yīng)的介質(zhì)塊中心設(shè)置，所述的多個(gè)支路同軸探針規(guī)格和形狀相同，均為半徑呈階梯變化的圓柱形金屬桿，其中位于徑向波導(dǎo)腔內(nèi)的端部為金屬桿最大直徑的部分；所述的主同軸探針和支路同軸探針均與徑向波導(dǎo)腔的軸線平行，且主同軸探針位于徑向波導(dǎo)腔的軸線上。主同軸探針和支路同軸探針采用半徑呈階梯變化的圓柱形， 可以起到阻抗變換的作用，可有效地展寬工作帶寬，降低反射損耗。所述的放大器芯片陣列包括一個(gè)正多邊形的金屬柱，金屬柱的側(cè)面數(shù)量與支路同軸探針的數(shù)量相同，金屬柱的每個(gè)側(cè)面的中央位置固定設(shè)置有一個(gè)固態(tài)功率放大器芯片； 固態(tài)功率放大器芯片采用成熟的現(xiàn)有產(chǎn)品，直接購(gòu)買即可。徑向波導(dǎo)功分器和徑向波導(dǎo)功率合成器分別固定在放大器芯片陣列的兩端，徑向波導(dǎo)功分器的每個(gè)支路同軸探針的最小直徑端與放大器芯片陣列上相應(yīng)側(cè)邊上的固態(tài)功率放大器芯片輸入端的微帶線相連接，徑向波導(dǎo)功率合成器上的每個(gè)支路同軸探針的最小直徑端與放大器芯片陣列相應(yīng)側(cè)邊上的固態(tài)功率放大器芯片的輸出端的微帶線相連接。本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果1、本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)屬于同軸和徑向波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，因此工作帶寬較寬，功率容量大；2、本實(shí)用新型具有較高的軸對(duì)稱性，因此各支路幅相一致性很高，所以合成效率也很高；3、被合成的放大器芯片個(gè)數(shù)，只要體積允許是不受限制的，既可為奇數(shù)也可為偶數(shù)，而且個(gè)數(shù)的增加對(duì)合成效率幾乎沒有影響；4、各路信號(hào)之間的距離可以調(diào)節(jié)能夠保證有足夠空間放置放大器芯片；5、有較好的熱沉，便于散熱；6、本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)為圓柱體，因此在某些必須使用圓柱形放大器設(shè)備時(shí)非常適宜。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中徑向波導(dǎo)功分器和徑向波導(dǎo)功率合成器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，一種多路徑向波導(dǎo)功率合成放大器包括徑向波導(dǎo)功分器1、徑向波導(dǎo)功率合成器2和放大器芯片陣列3。如圖2所示，徑向波導(dǎo)功分器和徑向波導(dǎo)功率合成器的結(jié)構(gòu)完全相同，具體是包括側(cè)面金屬壁5、上金屬壁4、下金屬壁6 ；側(cè)面金屬壁5為圓柱形的金屬筒，上金屬壁4和下金屬壁6為直徑與側(cè)面金屬壁5外徑相等的圓形金屬片，上金屬壁4和下金屬壁6分別固定在側(cè)面金屬壁5的兩端，上金屬壁4的內(nèi)表面、下金屬壁6的內(nèi)表面和側(cè)面金屬壁5的內(nèi)側(cè)面圍合成圓柱形的徑向波導(dǎo)腔。上金屬壁4外表面的中心固定設(shè)置有SMA接頭7，上金屬壁4內(nèi)表面的中心設(shè)置有主同軸探針8，主同軸探針8穿過上金屬壁4與SMA接頭7的內(nèi)導(dǎo)體固定連接。主同軸探針8為半徑呈階梯變化的圓柱形金屬桿，其中位于徑向波導(dǎo)腔內(nèi)的端部為金屬桿最大直徑的部分。下金屬壁6上開有多個(gè)直徑相同的通孔，每個(gè)通孔內(nèi)嵌入相同直徑的圓柱形的介質(zhì)塊9，每個(gè)介質(zhì)塊9與下金屬壁6圓心的距離相同，多個(gè)介質(zhì)塊9的中心點(diǎn)圍合成正多邊形。與介質(zhì)塊9數(shù)量相同的多個(gè)支路同軸探針10穿過對(duì)應(yīng)的介質(zhì)塊9中心設(shè)置。多個(gè)支路同軸探針10的規(guī)格和形狀相同，均為半徑呈階梯變化的圓柱形金屬桿，其中位于徑向波導(dǎo)腔內(nèi)的端部為金屬桿最大直徑的部分。主同軸探針8和支路同軸探針10均與徑向波導(dǎo)腔的軸線平行，且主同軸探針8位于徑向波導(dǎo)腔的軸線上。如圖1所示，放大器芯片陣列3包括一個(gè)正多邊形的金屬柱3-1，金屬柱3-1的側(cè)面數(shù)量與支路同軸探針10的數(shù)量相同，金屬柱3-1的每個(gè)側(cè)面的中央位置固定設(shè)置有一個(gè)固態(tài)功率放大器芯片3-2。徑向波導(dǎo)功分器1和徑向波導(dǎo)功率合成器2分別固定在放大器芯片陣列3的兩端，徑向波導(dǎo)功分器1的每個(gè)支路同軸探針與放大器芯片陣列相應(yīng)側(cè)邊上的固態(tài)功率放大器芯片3-2的輸入端的微帶線3-3相連接，徑向波導(dǎo)功率合成器2的每個(gè)支路同軸探針與放大器芯片陣列相應(yīng)側(cè)邊上的固態(tài)功率放大器芯片3-2輸出端的微帶線3-4相連接。其工作原理為輸入信號(hào)首先由徑向波導(dǎo)功分器的SMA接頭進(jìn)入，經(jīng)中央的主同軸探針進(jìn)入徑向波導(dǎo)腔內(nèi)，而后沿著半徑方向向四周傳播，遇到同一圓周上各支路同軸探針時(shí)，能量被等量功分后輸出到各支路功率放大器芯片上被放大，放大后的信號(hào)能量，由徑向波導(dǎo)合成器上的各支路同軸探針耦合到徑向波導(dǎo)合成器的徑向波導(dǎo)腔內(nèi)，然后沿著半徑方向向軸心傳播，最后匯聚在軸心的信號(hào)能量，由徑向波導(dǎo)合成器中央的主同軸探針合成輸出。
權(quán)利要求1.多路徑向波導(dǎo)功率合成放大器，包括徑向波導(dǎo)功分器、徑向波導(dǎo)功率合成器和放大器芯片陣列，其特征在于所述的徑向波導(dǎo)功分器和徑向波導(dǎo)功率合成器的結(jié)構(gòu)完全相同，具體是包括側(cè)面金屬壁、上金屬壁、下金屬壁；側(cè)面金屬壁為圓柱形的金屬筒，上金屬壁和下金屬壁為直徑與側(cè)面金屬壁外徑相等的圓形金屬片，上金屬壁和下金屬壁分別固定在側(cè)面金屬壁的兩端， 上金屬壁的內(nèi)表面、下金屬壁的內(nèi)表面和側(cè)面金屬壁的內(nèi)側(cè)面圍合成圓柱形的徑向波導(dǎo)腔；上金屬壁外表面的中心固定設(shè)置有SMA接頭，上金屬壁內(nèi)表面的中心設(shè)置有主同軸探針，主同軸探針穿過上金屬壁與SMA接頭的內(nèi)導(dǎo)體固定連接，所述的主同軸探針為半徑呈階梯變化的圓柱形金屬桿，其中位于徑向波導(dǎo)腔內(nèi)的端部為金屬桿最大直徑的部分；下金屬壁上開有多個(gè)直徑相同的通孔，每個(gè)通孔內(nèi)嵌入直徑相同的圓柱形的介質(zhì)塊，每個(gè)介質(zhì)塊與下金屬壁圓心的距離相同，多個(gè)介質(zhì)塊的中心點(diǎn)圍合成正多邊形；與介質(zhì)塊數(shù)量相同的多個(gè)支路同軸探針穿過對(duì)應(yīng)的介質(zhì)塊中心設(shè)置，所述的多個(gè)支路同軸探針規(guī)格和形狀相同，均為半徑呈階梯變化的圓柱形金屬桿，其中位于徑向波導(dǎo)腔內(nèi)的端部為金屬桿最大直徑的部分；所述的主同軸探針和支路同軸探針均與徑向波導(dǎo)腔的軸線平行，且主同軸探針位于徑向波導(dǎo)腔的軸線上；所述的放大器芯片陣列包括一個(gè)正多邊形的金屬柱，金屬柱的側(cè)面數(shù)量與支路同軸探針的數(shù)量相同，金屬柱的每個(gè)側(cè)面的中央位置固定設(shè)置有一個(gè)固態(tài)功率放大器芯片；徑向波導(dǎo)功分器和徑向波導(dǎo)功率合成器分別固定在放大器芯片陣列的兩端，徑向波導(dǎo)功分器的每個(gè)支路同軸探針的最小直徑端與放大器芯片陣列上相應(yīng)側(cè)邊上的固態(tài)功率放大器芯片輸入端的微帶線相連接，徑向波導(dǎo)功率合成器上的每個(gè)支路同軸探針的最小直徑端與放大器芯片陣列相應(yīng)側(cè)邊上的固態(tài)功率放大器芯片的輸出端的微帶線相連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及多路徑向波導(dǎo)功率合成放大器。本實(shí)用新型的徑向波導(dǎo)功分器和徑向波導(dǎo)功率合成器固定在放大器芯片陣列的兩端，徑向波導(dǎo)功分器和徑向波導(dǎo)功率合成器結(jié)構(gòu)相同，通過上金屬壁、下金屬壁和側(cè)面金屬壁圍合成徑向波導(dǎo)腔；上金屬壁外側(cè)中心設(shè)置SMA接頭、內(nèi)側(cè)中心設(shè)置主同軸探針；下金屬壁上設(shè)置有多個(gè)支路同軸探針；主同軸探針和支路同軸探針為半徑呈階梯變化的圓柱形金屬桿；放大器芯片陣列的正多邊形金屬柱的每個(gè)側(cè)面上固定有固態(tài)功率放大器芯片；徑向波導(dǎo)功分器和徑向波導(dǎo)功率合成器的支路同軸探針分別與固態(tài)功率放大器芯片兩端的微帶線連接。本實(shí)用新型具有幅相位一致性好、合成效率高，功率容量大、工作帶寬寬、熱沉性能好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H03F3/20GK202205875SQ201120350889
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者駱新江 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)