專利名稱：對稱耦合波導(dǎo)行波功率合成放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于微波和毫米波系統(tǒng)的固態(tài)功率放大器，尤其涉及一種基于對稱耦
合結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)行波功率合成放大器。
背景技術(shù)：
在微波毫米波電子系統(tǒng)中，利用功率放大器實(shí)現(xiàn)大功率輸出有著至關(guān)重要的作 用。傳統(tǒng)的速調(diào)管和行波管功率放大器雖然可以提供較高的輸出功率，但除了工藝實(shí)現(xiàn)上 的難度外，應(yīng)用上也存在具體問題，比如工作電壓很高(數(shù)十千伏)，可靠性低，器件尺寸、 重量很大，加個(gè)昂貴等缺陷，限制了它在微波毫米波通信系統(tǒng)的廣泛使用。微波毫米波固態(tài) 器件具有直流功耗低、可靠性高、電路結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小和重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因而倍受人們關(guān) 注，應(yīng)用日益廣泛。但相對于電子器件，單個(gè)固態(tài)器件輸出功率由于受自身半導(dǎo)體物理特性 的影響以及加工工藝、散熱問題、阻抗匹配等問題限制而遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到功率應(yīng)用的要求。目前 還難以生產(chǎn)出大功率、低噪聲和低價(jià)格的微波毫米波固態(tài)功率器件，因而無法滿足大功率 電子通信系統(tǒng)的要求。 為了解決這一問題，人們研究了采用多個(gè)固態(tài)器件進(jìn)行功率合成的方法來獲得高 功率輸出。目前，功率放大合成技術(shù)主要有電路功率合成技術(shù)和空間功率合成技術(shù)兩類。 傳統(tǒng)的電路功率合成技術(shù)，如wilkson功分器、Lange耦合器和分支線耦合器等，結(jié)構(gòu)簡單、 容易實(shí)現(xiàn)，但是，當(dāng)合成路數(shù)很多時(shí)，分配/合成網(wǎng)絡(luò)會很龐大，當(dāng)工作頻率高達(dá)微波高端 或毫米波波段時(shí)，損耗會很大，損耗的功率甚至可能抵消了放大的功率，因此多路電路合成 技術(shù)效率通常很低。為了克服電路功率合成的缺陷，各種新型功率合成技術(shù)不斷出現(xiàn)，在 過去十幾年所嘗試的各種方法中，空間功率合成技術(shù)得到了廣泛的研究和發(fā)展?？臻g功率 合成技術(shù)將功率分配/合成網(wǎng)絡(luò)用空間電磁波替換，空間電磁波可以是準(zhǔn)光波束或波導(dǎo)場 模式，有源陣列接收、放大、發(fā)射電磁波，形成大功率輸出，因此空間功率合成技術(shù)具有效率 高、體積小的優(yōu)勢，成為近十年來的研究熱點(diǎn)，有著廣泛的應(yīng)用。 但是，空間功率合成放大技術(shù)，尤其是波導(dǎo)空間功率合成，在毫米波波段由于空間 有限，難以放置多路放大器芯片，因此限制了更大功率的形成，同時(shí)擁擠的空間也給大功率 放大器的散熱帶來困難。近幾年，還相繼報(bào)道了一些行波型波導(dǎo)功率合成結(jié)構(gòu)(簡單原理 圖如圖1)。這種結(jié)構(gòu)沿著輸入波導(dǎo)的電磁場傳播方向垂直插入多路耦合結(jié)構(gòu)，電磁波從 輸入波導(dǎo)進(jìn)入后，在傳播的過程中依次地把功率饋入多路耦合結(jié)構(gòu)。同時(shí)利用匹配膜片， 使得波導(dǎo)中電磁場傳播時(shí)在每個(gè)耦合結(jié)構(gòu)處都無反射，實(shí)現(xiàn)行波傳輸。耦合結(jié)構(gòu)與放大器 電路相連接，經(jīng)過放大后的功率又依次饋入輸出波導(dǎo)，在波導(dǎo)輸出端口等幅同相輸出，實(shí)現(xiàn) 功率合成。然而，已見報(bào)道的各種波導(dǎo)行波功率合成結(jié)構(gòu)的合成路數(shù)還不夠多，相對帶寬 較窄，或工作頻段不高，尚不能實(shí)現(xiàn)微波高端或毫米波的大功率輸出。例如，在美國專利 US6828875B2中，就提出了一種類似的開槽波導(dǎo)型功率合成放大器結(jié)構(gòu)；該放大器結(jié)構(gòu)沿 著輸入波導(dǎo)傳輸方向在寬邊表面開一系列縫隙，電磁場通過縫隙耦合進(jìn)入微帶，放大后再 過縫隙耦合進(jìn)入輸出波導(dǎo)，但是該放大器不能保證工作于行波模式，信號從輸入波導(dǎo)輸入后，在耦合結(jié)構(gòu)處將形成反射，這是一種駐波諧振腔結(jié)構(gòu)，其帶寬較窄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有波導(dǎo)行波功率合成結(jié)構(gòu)合成路數(shù)較少、帶寬較窄等缺 點(diǎn)，提供一種對稱耦合波導(dǎo)行波功率合成放大器，該合成放大器可提供微波高端和毫米波 波段的高功率輸出，適用于各種通信與電子系統(tǒng)的需要，解決了現(xiàn)有功率合成放大器在微 波高端或毫米波波段合成路數(shù)不多、帶寬較窄等問題。 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)對稱耦合波導(dǎo)行波功率合成放大器，包括 輸入波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)，和分別與輸入波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)連接的多級耦合結(jié)構(gòu)，以及與多級耦合 結(jié)構(gòu)一一對應(yīng)連接的多級放大器；所述多級耦合結(jié)構(gòu)垂直設(shè)置在輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)的行 波方向，每級耦合結(jié)構(gòu)設(shè)有多路耦合單元；除最末一級耦合結(jié)構(gòu)之外，每級耦合結(jié)構(gòu)處設(shè)有 匹配元件；從輸入波導(dǎo)輸入的微波功率按一定比例依次饋入多級耦合結(jié)構(gòu)中的各路耦合單 元。 所述多級耦合結(jié)構(gòu)處于輸入波導(dǎo)的一側(cè)寬邊上距離該側(cè)寬邊中心線對稱的位置。
所述耦合結(jié)構(gòu)共有四級，每級耦合結(jié)構(gòu)均含有兩路耦合單元。 所述多級耦合結(jié)構(gòu)在輸入波導(dǎo)的兩側(cè)寬邊上對稱設(shè)置；所述對稱耦合波導(dǎo)行波功
率合成放大器還包括兩個(gè)用于對功率進(jìn)行一次合成的減高波導(dǎo)和一個(gè)用于對功率進(jìn)行二
次合成的E-T分支，其中減高波導(dǎo)設(shè)置在輸入波導(dǎo)的兩側(cè)寬邊上且分別與耦合結(jié)構(gòu)的輸出
端、E-T分支的輸入端連接，E-T分支的輸出端與輸出波導(dǎo)連接。 所述減高波導(dǎo)窄邊為輸入波導(dǎo)窄邊的一半。 所述耦合結(jié)構(gòu)共有四級；每級耦合結(jié)構(gòu)均含有四路耦合單元。 所述E-T分支的轉(zhuǎn)角處以及減高波導(dǎo)的轉(zhuǎn)角處，均設(shè)有切角。 所述耦合單元為同軸探針耦合單元；同軸探針耦合單元包括依次連接的插入波導(dǎo)
探針、高阻抗線和標(biāo)準(zhǔn)阻抗傳輸線，其中標(biāo)準(zhǔn)阻抗傳輸線與放大器連接；插入波導(dǎo)探針的一
端與輸入波導(dǎo)連接，另一端與減高波導(dǎo)或者輸出波導(dǎo)連接。 所述插入波導(dǎo)探針為空氣同軸探針，標(biāo)準(zhǔn)阻抗傳輸線為空氣同軸線。 所述匹配元件為感性匹配膜片。 本發(fā)明的原理如下本發(fā)明所提出的功率合成放大結(jié)構(gòu)可以在不增大插入損耗的 情況下將合成路數(shù)提高到原來的數(shù)倍。這種結(jié)構(gòu)利用波導(dǎo)中場分布的對稱性，在放置耦合 結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)截面上對稱插入M路耦合單元(M—般為偶數(shù))，引出M路信號。電磁波從輸入 波導(dǎo)進(jìn)入后，在傳播的過程中將一部分功率同時(shí)饋入第一級M路耦合單元，剩余部功率繼 續(xù)沿波導(dǎo)傳輸，再饋入下一級M路耦合單元。當(dāng)總共存在N級耦合結(jié)構(gòu)時(shí)，則可引出M*N路 信號。耦合單元與放大器相連接，經(jīng)過放大后的功率又反過來依次饋入輸出波導(dǎo)，在波導(dǎo)輸 出端口等幅同相輸出。功率合成放大器結(jié)構(gòu)中，同時(shí)利用匹配元件，使得波導(dǎo)中電磁場傳播 時(shí)在每級M路耦合單元處都無反射，從而實(shí)現(xiàn)行波傳輸。與每一級耦合結(jié)構(gòu)都只引出l路 信號的技術(shù)方案相比，本發(fā)明使合成路數(shù)提高M(jìn)倍。由于同一級的M路信號通過路徑一樣， 所以就能保證不會額外增大損耗，保證合成效率不變。此外，利用結(jié)構(gòu)上的對稱性，本發(fā)明 可以保證進(jìn)入相同形式的M路耦合單元的功率大小相同。
與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1.本發(fā)明能在原來波導(dǎo)行波功率合成放大器的單級耦合結(jié)構(gòu)位置一次性引出多路耦合單元，可以將合成路數(shù)提高到原來的數(shù)倍，但是又不會增大插入損耗，即不會降低合成效率。對稱耦合結(jié)構(gòu)的引入有兩種方式可以在波導(dǎo)寬邊一側(cè)引入對稱耦合結(jié)構(gòu)也可在波導(dǎo)寬邊兩側(cè)同時(shí)引入對稱耦合結(jié)構(gòu)。 2.本發(fā)明通過改進(jìn)波導(dǎo)行波功率合成放大器單節(jié)耦合結(jié)構(gòu)及合理調(diào)節(jié)每級耦合結(jié)構(gòu)之間的距離，有效地拓寬了功率均等分配帶寬(各級功率相差在±0. 5dB之內(nèi))，保證各單元放大器在更寬帶寬內(nèi)工作于相同狀態(tài)，使整體功率合成放大器具有更寬的帶寬，獲得更高的電源利用率及線性。 3.本發(fā)明實(shí)施例中提出使用空氣同軸耦合結(jié)構(gòu)，利用空氣同軸線連接放大器芯片，能有效減少傳輸線介質(zhì)損耗，提高功率合成效率。 4.本發(fā)明弓|入匹配元件，信號從輸入波導(dǎo)輸入后，在耦合單元處不會形成反射，保證了功率合成放大器工作在行波模式。


圖1是現(xiàn)有波導(dǎo)行波功率合成放大器的簡單原理圖； 圖2是本發(fā)明對稱耦合波導(dǎo)行波功率合成放大器的一個(gè)實(shí)施例的透視圖； 圖3是本發(fā)明對稱耦合波導(dǎo)行波功率合成放大器的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖； 圖4是圖3中頂部平面視圖； 圖5是圖4的局部放大圖； 圖6是圖3中中間層的結(jié)構(gòu)圖； 圖7是圖3中頂層和底層的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。 實(shí)施例 本發(fā)明的對稱耦合結(jié)構(gòu)可以是在輸入波導(dǎo)的某一側(cè)寬邊上距離該側(cè)寬邊中心對稱位置插入多路耦合單元；或者是在輸入波導(dǎo)的兩側(cè)寬邊上對稱插入多路耦合單元。當(dāng)在輸入波導(dǎo)的某一側(cè)寬邊上距離寬邊中心對稱位置插入多路耦合單元時(shí)，本發(fā)明對稱耦合波導(dǎo)行波功率合成放大器至少包括一個(gè)輸入波導(dǎo)、多級放大支路以及一個(gè)輸出波導(dǎo)，其中每級放大支路都含有多路輸入對稱耦合單元、放大器以及多路輸出對稱耦合單元。當(dāng)在輸入波導(dǎo)的兩側(cè)寬邊上對稱插入多路耦合單元時(shí)，由于兩側(cè)寬邊上耦合單元方向是相反的，本發(fā)明對稱耦合波導(dǎo)行波功率合成放大器至少包括一個(gè)輸入波導(dǎo)、多級放大支路、兩個(gè)減高波導(dǎo)、一個(gè)E-T支節(jié)以及一個(gè)輸出波導(dǎo)，其中每級放大支路都含有多路輸入對稱耦合單元、放大器以及多路輸出對稱耦合單元；這時(shí)候，電磁波從輸入波導(dǎo)輸入后，依次耦合到兩側(cè)寬邊各級耦合結(jié)構(gòu)，經(jīng)放大器放大后，通過耦合結(jié)構(gòu)耦合進(jìn)入兩個(gè)減高波導(dǎo)進(jìn)行首次合成，再通過T形節(jié)進(jìn)行再次合成，最后從輸出波導(dǎo)輸出。前述各種對稱耦合波導(dǎo)行波功率合成放大器輸入輸出都可以對調(diào)，只需要將放大器放置方向也反向即可。 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí)，可采用多種耦合結(jié)構(gòu)形式，只需要在 級耦合結(jié)構(gòu)上一次性對稱引入多路耦合單元即可。比如可采用在波導(dǎo)表面開槽，利用縫隙耦合微帶結(jié)構(gòu)將功率饋入微帶傳輸線；可采用平面探針型耦合結(jié)構(gòu)將功率饋入微帶傳輸線或共面?zhèn)鬏斁€；也可采用同軸探針型耦合結(jié)構(gòu)將功率饋入空氣同軸線等。采用空氣同軸探針，由于需要的介質(zhì)較少，能有效降低傳輸線插入損耗，提高功率合成放大器的合成效率。 本發(fā)明的一個(gè)較簡單的實(shí)施例如圖2所示。該實(shí)施例通過同軸探針型耦合結(jié)構(gòu)來說明本發(fā)明的基本思想。該實(shí)施例包括輸入波導(dǎo)21，四級同軸探針耦合結(jié)構(gòu)31-34，分別設(shè)置在前三級同軸探針耦合結(jié)構(gòu)31-33處的三個(gè)匹配膜片41-43，以及輸出波導(dǎo)24 ;其中每一級同軸探針耦合結(jié)構(gòu)上均設(shè)有放大器51，每一級同軸探針耦合結(jié)構(gòu)的輸入端、輸出端分別與輸入波導(dǎo)21、輸出波導(dǎo)24連接；每一級同軸探針耦合結(jié)構(gòu)在輸入波導(dǎo)21的一側(cè)寬邊上距離該側(cè)寬邊中心對稱位置插入兩路耦合單元，因此本實(shí)施例一共有八路耦合單元。微波功率從輸入波導(dǎo)21中輸入，傳播時(shí)按等比例依次饋入四級同軸探針耦合結(jié)構(gòu)31-34的輸入端，經(jīng)放大器放大后再通過耦合結(jié)構(gòu)31-34的輸出端依次饋入輸出波導(dǎo)24 ;這些微波功率在輸出波導(dǎo)24輸出口等幅同向輸出，從而實(shí)現(xiàn)功率合成。 下面將通過另一個(gè)較為復(fù)雜的實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想以及實(shí)施方案。本專業(yè)技術(shù)人員將不難發(fā)現(xiàn)，圖2實(shí)施例的單級及整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則及基本形式都與下面圖3所示實(shí)施例類似，其加工方案也可按與圖3實(shí)施例類似的方案進(jìn)行，可參考下文對圖3中實(shí)施例的說明來實(shí)施。 本發(fā)明的一個(gè)更復(fù)雜的實(shí)施例透視圖如圖3所示。本實(shí)施例包括輸入波導(dǎo)21，四級同軸探針耦合結(jié)構(gòu)31-34，分別設(shè)置在前三級同軸探針耦合結(jié)構(gòu)31-33處的三個(gè)匹配膜片41-43，兩個(gè)減高波導(dǎo)22，E-T分支23以及輸出波導(dǎo)24，減高波導(dǎo)22設(shè)置在輸入波導(dǎo)21的兩側(cè)寬邊上且分別與同軸探針耦合結(jié)構(gòu)的輸出端、E-T分支23的輸入端連接，輸出波導(dǎo)24與E-T分支23的輸出端連接，其中減高波導(dǎo)22的窄邊為輸入波導(dǎo)21窄邊的一半且用于對功率進(jìn)行一次合成，而E-T分支23則用于將兩個(gè)減高波導(dǎo)22的功率進(jìn)行二次合成；每級同軸探針耦合結(jié)構(gòu)上也設(shè)有放大器，只是每級同軸探針耦合結(jié)構(gòu)設(shè)有四路耦合單元，分別在輸入波導(dǎo)21的兩側(cè)寬邊上對稱地插入兩路，因此本實(shí)施例一共有16路耦合單元。由于耦合結(jié)構(gòu)的對稱性所致，每一路信號通過的路徑都是一樣的，處于并行狀態(tài)，總體損耗基本相當(dāng)于一路的損耗；因此雖然圖3所示實(shí)施例的合成路數(shù)是圖2所示實(shí)施例合成路數(shù)的兩倍，但是卻不會增大整體結(jié)構(gòu)的損耗，因而不會降低合成效率。 當(dāng)功率從輸入波導(dǎo)21輸入后，1/4的功率首先饋入第一級同軸探針耦合結(jié)構(gòu)31，每個(gè)探針耦合單元獲得1/16的功率，第一級同軸探針耦合結(jié)構(gòu)31上設(shè)有四路固態(tài)放大器51，功率經(jīng)過放大后進(jìn)入四路耦合單元，這四路耦合單元再分別將信號饋入兩個(gè)減高波導(dǎo)22，減高波導(dǎo)22的窄邊為輸入波導(dǎo)21窄邊的一半。輸入波導(dǎo)21中剩余3/4的功率將繼續(xù)傳播，依次按等比例饋入剩下三級同軸探針耦合結(jié)構(gòu)32、33、34，經(jīng)固態(tài)放大器放大后進(jìn)入各級同軸探針耦合結(jié)構(gòu)的四路耦合單元，然后依次饋入兩個(gè)減高波導(dǎo)22，這些微波功率在位于輸入波導(dǎo)21兩側(cè)寬邊上的兩個(gè)減高波導(dǎo)22中分別進(jìn)行合成。由于結(jié)構(gòu)的對稱性，兩個(gè)減高波導(dǎo)22中合成的功率是等幅反相的，于是可通過E-T分支23進(jìn)行二次合成，最后通過輸出波導(dǎo)24輸出。不難發(fā)現(xiàn)，該實(shí)施例中輸入輸出可以對調(diào)，只需要將放大器的放置方向反向即可。在前三級耦合結(jié)構(gòu)處，都設(shè)有感性匹配膜片41-43，他們起到匹配作用，即在波導(dǎo)輸入端看去時(shí)匹配的；而在最末一級耦合結(jié)構(gòu)處直接短路，調(diào)節(jié)短路面的位置即可達(dá)到匹配。匹配膜片同時(shí)對功率分配起作用。E-T分支23是一種將輸出波導(dǎo)24與兩個(gè)減高波
導(dǎo)22匹配連接的結(jié)構(gòu)，這樣能保證功率均等分配，且在輸出波導(dǎo)24看入是匹配的。在E-T
分支23轉(zhuǎn)角處及減高波導(dǎo)22轉(zhuǎn)角處，設(shè)計(jì)有適當(dāng)?shù)那薪且詫?shí)現(xiàn)良好匹配。 本發(fā)明整個(gè)功率合成結(jié)構(gòu)關(guān)于通過輸入輸出波導(dǎo)傳播方向中心線的垂直截面和
水平截面都對稱。 放大器51為固態(tài)放大電路芯片，并且置于一個(gè)封閉腔體27中，如圖2所示；所述放大器51可由一級驅(qū)動放大器和一級功率放大器構(gòu)成，也可只包含一級功率放大器。放大器51的輸入端、輸出端都與同軸探針耦合結(jié)構(gòu)相連。 圖4是圖3所示實(shí)施例的頂視圖。本發(fā)明整個(gè)功率合成結(jié)構(gòu)關(guān)于圖4中虛線所在垂直截面對稱，該虛線所在垂直截面即為通過輸入輸出波導(dǎo)傳播方向中心線的垂直截面，該虛線可認(rèn)為是電壁。正是由于這個(gè)電壁特性的存在，經(jīng)放大器放大后的信號必須耦合饋入到減高波導(dǎo)中，這樣才能很好的實(shí)現(xiàn)對稱性。沿該虛線將整個(gè)功率合成結(jié)構(gòu)分開，兩個(gè)部分又可認(rèn)為都是中心對稱的。這種對稱性保證了功率分配電路和功率合成電路是一樣的，即將兩個(gè)相同的功分器背對背相接。輸入輸出結(jié)構(gòu)的相同有利于簡化設(shè)計(jì)，即在設(shè)計(jì)時(shí)只需設(shè)計(jì)好功率分配電路即可。 將圖4中單節(jié)耦合單元局部放大得到圖5，圖5中顯示的是同軸探針型耦合單元。一個(gè)性能優(yōu)良的波導(dǎo)行波功率合成放大器的單節(jié)耦合單元的設(shè)計(jì)相當(dāng)重要。通過改進(jìn)單節(jié)耦合單元可拓寬整體的功率均等分配帶寬。 一個(gè)單節(jié)的同軸探針耦合單元包括耦合探針、放大器，感性匹配膜片(如匹配膜片42或匹配膜片43)設(shè)計(jì)在同軸探針耦合單元處；而耦合探針包括依次連接的插入波導(dǎo)探針331、高阻抗線332和同軸傳輸線333，其中同軸傳輸線333與放大器連接，插入波導(dǎo)探針331與減高波導(dǎo)連接；而在圖2所示的實(shí)施例中，插入波導(dǎo)探針331直接與輸出波導(dǎo)連接。 同軸傳輸線333的設(shè)計(jì)以便于加工和能夠傳輸所需頻率為前提，其特性阻抗設(shè)計(jì)為50 Q ，該同軸傳輸線腔體26中不填充介質(zhì)，為空氣同軸線；此外，該傳輸線一端連接固態(tài)器件，可通過合適的工藝直接連接放大器芯片，如使用金線邦定連接等。
高阻抗線332為一小段阻抗較高的同軸線，通過調(diào)整其內(nèi)導(dǎo)體外徑和外導(dǎo)體內(nèi)徑來實(shí)現(xiàn)其較高阻抗值。高阻抗線的引入有利于將50Q同軸傳輸線與特性阻抗較高的波導(dǎo)進(jìn)行匹配。調(diào)節(jié)高阻抗線的長度以及其阻抗，可以很大程度上改變探針引入的電抗。通過調(diào)節(jié)該高阻抗線長度及內(nèi)外導(dǎo)體半徑，使其引入的電導(dǎo)值在所需頻帶內(nèi)變化較小(如出現(xiàn)極值點(diǎn))，同時(shí)電納值也不過大，這樣將有利于實(shí)現(xiàn)寬帶均等功率分配和寬帶匹配。最后該高阻抗線長度在入/4左右(A為微波在該高阻抗線中的導(dǎo)波波長)，對于頻率很高的情況，適宜選擇A /4的奇數(shù)倍，如3 A /4。高阻抗同軸線332的腔體25內(nèi)填充介質(zhì)，以支撐整個(gè)探針。 插入波導(dǎo)探針331為空氣同軸探針，其直徑和長度都影響其引入電導(dǎo)值，即耦合功率大??；可以通過固定合適的探針直徑，而只改變探針長度的方法來實(shí)現(xiàn)不同的耦合度。為了加工方面的方便，設(shè)計(jì)中可固定空氣同軸和高阻抗同軸的尺寸，通過改變插入波導(dǎo)探針331的長度來獲得不同耦合強(qiáng)度。 匹配膜片的位置和深度很重要。匹配膜片離探針中心的距離選擇大約在入/16(Ag為中心頻率處波導(dǎo)波長)左右比較合適，依據(jù)具體情況可進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過調(diào)節(jié)探針的插入深度能很好的調(diào)節(jié)輸入匹配?？梢赃M(jìn)一步使用專業(yè)電磁仿真軟件對單節(jié)探針和膜片同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，以獲得優(yōu)良特性。每級單節(jié)耦合結(jié)構(gòu)的膜片離探針中心距離最好相等，這樣有利于調(diào)節(jié)各路信號在合成點(diǎn)處的相位一致性。每個(gè)耦合單元設(shè)計(jì)好以后，可進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，通過優(yōu)化相鄰兩級探針中心之間的距離，使均等功率分配帶寬達(dá)到最大。為了便于加工，相鄰兩級探針中心之間的距離最好設(shè)計(jì)為相等，這樣往往也能保證合成時(shí)各路信號同相，以獲得高合成效率。 圖3所示的整體結(jié)構(gòu)可分為三部分進(jìn)行加工，如圖3中的中間層11、頂層和底層12。圖6顯示了中間層11的結(jié)構(gòu)模型，圖7顯示了頂層和底層12的結(jié)構(gòu)模型。它們都是在一整塊導(dǎo)體上挖出各種腔體而形成，耦合單元鑲嵌于各層之間，固態(tài)器件直接焊接于中間層11上，然后加蓋頂層和底層12即可形成完整的腔體。固態(tài)器件直接焊接到較厚的中間層11之上將有利于散熱，頂層和底層12的表面可設(shè)計(jì)為片狀散熱結(jié)構(gòu)，進(jìn)行發(fā)黑處理，進(jìn)一步改善散熱，還可進(jìn)一步使用風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制散熱。 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
對稱耦合波導(dǎo)行波功率合成放大器，包括輸入波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)，和分別與輸入波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)連接的多級耦合結(jié)構(gòu)，以及與多級耦合結(jié)構(gòu)一一對應(yīng)連接的多個(gè)放大器，其特征在于所述多級耦合結(jié)構(gòu)垂直設(shè)置在輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)的行波方向，每級耦合結(jié)構(gòu)設(shè)有多路耦合單元；除最末一級耦合結(jié)構(gòu)之外，每級耦合結(jié)構(gòu)處設(shè)有匹配元件；從輸入波導(dǎo)輸入的微波功率按一定比例依次饋入多級耦合結(jié)構(gòu)中的各路耦合單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對稱耦合波導(dǎo)行波功率合成放大器，其特征在于所述多級 耦合結(jié)構(gòu)處于輸入波導(dǎo)的一側(cè)寬邊上距離該側(cè)寬邊中心線對稱的位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的對稱耦合波導(dǎo)行波功率合成放大器，其特征在于所述耦合 結(jié)構(gòu)共有四級，每級耦合結(jié)構(gòu)均含有兩路耦合單元。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對稱耦合波導(dǎo)行波功率合成放大器，其特征在于所述多級 耦合結(jié)構(gòu)在輸入波導(dǎo)的兩側(cè)寬邊上對稱設(shè)置；所述對稱耦合波導(dǎo)行波功率合成放大器還包 括兩個(gè)用于對功率進(jìn)行一次合成的減高波導(dǎo)和一個(gè)用于對功率進(jìn)行二次合成的E-T分支， 其中減高波導(dǎo)設(shè)置在輸入波導(dǎo)的兩側(cè)寬邊上且分別與耦合結(jié)構(gòu)的輸出端、E-T分支的輸入 端連接，E-T分支的輸出端與輸出波導(dǎo)連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的對稱耦合波導(dǎo)行波功率合成放大器，其特征在于所述減高 波導(dǎo)窄邊為輸入波導(dǎo)窄邊的一半。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的對稱耦合波導(dǎo)行波功率合成放大器，其特征在于所述耦合 結(jié)構(gòu)共有四級；每級耦合結(jié)構(gòu)均含有四路耦合單元。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的對稱耦合波導(dǎo)行波功率合成放大器，其特征在于所述E-T 分支的轉(zhuǎn)角處以及減高波導(dǎo)的轉(zhuǎn)角處，均設(shè)有切角。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2-7中任一項(xiàng)所述的對稱耦合波導(dǎo)行波功率合成放大器，其特征在 于所述耦合單元為同軸探針耦合單元；同軸探針耦合單元包括依次連接的插入波導(dǎo)探 針、高阻抗線和標(biāo)準(zhǔn)阻抗傳輸線，其中標(biāo)準(zhǔn)阻抗傳輸線與放大器連接；插入波導(dǎo)探針的一端 與輸入波導(dǎo)連接，另一端與減高波導(dǎo)或者輸出波導(dǎo)連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的對稱耦合波導(dǎo)行波功率合成放大器，其特征在于所述插入 波導(dǎo)探針為空氣同軸探針，標(biāo)準(zhǔn)阻抗傳輸線為空氣同軸線。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2-7中任一項(xiàng)所述的對稱耦合波導(dǎo)行波功率合成放大器，其特征在 于所述匹配元件為感性匹配膜片。
全文摘要
本發(fā)明提出了對稱耦合波導(dǎo)行波功率合成放大器，包括輸入波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)，和分別與輸入波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)連接的多級耦合結(jié)構(gòu)，以及與多級耦合結(jié)構(gòu)一一對應(yīng)連接的多級放大器；所述多級耦合結(jié)構(gòu)垂直設(shè)置在輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)的行波方向，每級耦合結(jié)構(gòu)設(shè)有多路耦合單元；除最末一級耦合結(jié)構(gòu)之外，每級耦合結(jié)構(gòu)處設(shè)有匹配元件；從輸入波導(dǎo)輸入的微波功率按一定比例依次饋入多級耦合結(jié)構(gòu)中的各路耦合單元。該功率合成放大器可提供微波高端和毫米波波段的高功率輸出，適用于各種通信與電子系統(tǒng)的需要，解決了現(xiàn)有功率合成放大器在微波高端或毫米波波段合成路數(shù)不多、帶寬較窄等問題。
文檔編號H01P5/12GK101699652SQ20091019340
公開日2010年4月28日 申請日期2009年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者褚慶昕, 龔志 申請人:華南理工大學(xué)