專利名稱：Ku波段波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成的4路合成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成領(lǐng)域，特別涉及一種Ku波段波導(dǎo)內(nèi)空 間功率合成的4路合成裝置。
背景技術(shù)：
如今，一些軍用和商用通信系統(tǒng)對高功率固態(tài)放大器的輸出功率要求越來越高， 為了獲得高功率的輸出來滿足這些系統(tǒng)的需要，可以提高基于半導(dǎo)體技術(shù)或者真空微電子 技術(shù)的單個(gè)功率器件的輸出功率，也可以采用功率合成技術(shù)將多路固態(tài)器件的輸出功率進(jìn) 行同相疊加來獲得想要的功率輸出。但從成本和可靠性兩方面考慮，功率合成固態(tài)放大系 統(tǒng)有著明顯的優(yōu)勢。在已有的功率合成類別中，相對于芯片級和電路級功率合成，空間功 率合成的優(yōu)勢在于放大器的尺寸和合成效率不會(huì)隨合成路數(shù)的增加而顯著增加，因此非 常適合于合成路數(shù)大于4路的功率合成。波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成技術(shù)是由A. Alexanian和 R. A.York提出的，當(dāng)時(shí)是在X波段采用2X4的匪IC功放陣列，實(shí)現(xiàn)了 2.4W的輸出。2005 年，0. Houbloss, D. Bourreau等人提出了 Ka波段波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成結(jié)構(gòu)，2X1空間合成 放大器實(shí)現(xiàn)了 20dB的增益，在31GHz-36GHz之間，合成效率達(dá)到85%。國內(nèi)目前有微電子 所在07年12月份研制出C波段的2X4層空間功率合成模塊，合成效率達(dá)到75% ；西南電 子技術(shù)研究所09年設(shè)計(jì)了一種基于BJ-140波導(dǎo)功分/合成器與波導(dǎo)_微帶雙探針過渡相 結(jié)合的4路空間功率合成網(wǎng)絡(luò)，在Ku波段合成效率高于86%，但該合成不是在波導(dǎo)內(nèi)進(jìn)行 的，且波導(dǎo)功分/合成器與波導(dǎo)_微帶雙探針過渡相結(jié)合的4路空間功率合成網(wǎng)絡(luò)的體積 大。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是要提供一種僅在波導(dǎo)內(nèi)進(jìn)行4路合成，且模塊 體積小的Ku波段波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成的4路合成裝置。本實(shí)實(shí)用新型的4路合成裝置與 西南電子技術(shù)研究所4路空間功率合成網(wǎng)絡(luò)不同在于，本實(shí)實(shí)用新型是在波導(dǎo)內(nèi)進(jìn)行的， 模型的體積要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于用波導(dǎo)功分/合成器與波導(dǎo)_微帶雙探針過渡相結(jié)合的合成網(wǎng)絡(luò)， 且在整個(gè)頻段內(nèi)，合成效率高于80 %。為了解決以上的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種Ku波段波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成 的4路合成裝置，將兩片雙路單面鰭線放大電路板，按“2+2”模式垂直波導(dǎo)E面，對稱放置 于波導(dǎo)內(nèi)，兩片雙路單面鰭線放大電路板之間通過墊塊隔離而有間隙。所述雙路單面鰭線放大電路板，其正面有兩條平行的微帶線，微帶線上有功率放 大芯片；其背面為雙鰭線，微帶線兩側(cè)有飛線孔，飛線從電路板背面穿過飛線孔焊接在電路 板正面的飛線孔上，對芯片供電。所述波導(dǎo)由上波導(dǎo)和下波導(dǎo)構(gòu)成，通過定位孔連接固定，上、下波導(dǎo)之間是墊塊， 一片雙路單面鰭線放大電路板的正面向上，置于上波導(dǎo)和墊塊之間；另一片雙路單面鰭線 放大電路板的正面向下，置于下波導(dǎo)和墊塊之間。所述墊塊的厚度由頻率決定，使合成效率達(dá)到80%以上。在每片雙路單面鰭線放大電路板的介質(zhì)基片上設(shè)置有λ g/4凸形階梯變換補(bǔ)償， 使得回波損耗改善了 2 3dB。本實(shí)用新型的優(yōu)越功效在于1)僅在波導(dǎo)內(nèi)實(shí)現(xiàn)功率合成，節(jié)約了空間，減小了整個(gè)模塊的體積；2)使用雙路單面鰭線放大電路板，僅需兩塊電路板即可實(shí)現(xiàn)四路功率合成，方便 了板間距的調(diào)試和結(jié)構(gòu)件的加工難度；3)用飛線的方法解決了兩片芯片距離太近導(dǎo)致的供電困難問題；4)合適的板間距，使得合成效率達(dá)到80%以上；5)采取在介質(zhì)基片上加λ g/4凸形階梯變換補(bǔ)償來改善回波損耗。

圖1 (包括圖IA和圖1B)為雙路單面鰭線電路放大板的正反面的示意圖；圖2為上波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為墊塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為下波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型的裝配分解示意圖；圖中標(biāo)號說明I-雙路單面鰭線放大電路板；101-功率放大芯片；103-飛線孔；2-上波導(dǎo)；201-定位孔；203-定位孔；205-電路板安裝槽；3-墊塊；301-定位孔；303-定位孔；4-下波導(dǎo)；401-定位孔；403-定位孔；405-電路板安裝槽。
具體實(shí)施方式
請參閱附圖所示，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。如圖1所示，所述雙路單面鰭線放大電路板1，其正面有兩條平行的微帶線102，微 帶線102上有功率放大芯片101 ；其背面為雙鰭線104，微帶線102兩側(cè)有飛線孔103。兩片 功率放大芯片101的供電分別在微帶線102的兩側(cè)，其中一片可以直接供電，另一片由于加 電端與前一片芯片離的太近，不能直接供電，本實(shí)實(shí)用新型采取從板的另一面飛線的方法，
102-微帶線； 104-雙鰭線；
202-定位孔； 204-固定孔；
302-定位孔；
402-定位孔； 404-固定孔；將偏置電路放在板上相對較空的位置，用飛線從電路板1背面穿過飛線孔103焊接在電路 板1正面的飛線孔103上，對功率放大芯片101供電。如上所述的雙路單面鰭線放大電路板1是由對稱并行的兩路單面鰭線電路構(gòu)成， 而每路單面鰭線電路板上有單面鰭線，微帶線102，功率放大芯片101及其偏置電路；輸入 輸出對稱。所述的單面鰭線是指只有介質(zhì)板的一面有鰭線結(jié)構(gòu)，另一面一般是與之耦合進(jìn)行 功率輸出的微帶線。鰭線的設(shè)計(jì)是通過相關(guān)的曲線公式進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)的，鰭線的曲線公式 有很多種，本實(shí)用新型采用的是雙圓曲線公式，即由兩段圓弧組成鰭線的曲線部分。所述的微帶線102是指先由一段細(xì)窄的與介質(zhì)板另一面的鰭線的槽交錯(cuò)垂直放 置的微帶線，進(jìn)行阻抗變換，最后變換為50歐姆帶寬的微帶線。其中，與鰭線終端的槽線交 錯(cuò)垂直放置的細(xì)微帶線和槽線可通過1/4介質(zhì)波長在越過結(jié)時(shí)得到延伸，終端分別為開路 和短路電路，以使能量從槽線耦合到微帶線。所述的功率放大芯片101是對輸入功率進(jìn)行放大輸出的芯片，其偏置電路是為芯 片加偏置電壓的電路，偏置電路上設(shè)有偏置電容和偏置電阻。將上述兩片雙路單面鰭線放大電路板放置于矩形波導(dǎo)內(nèi)垂直于E面的兩個(gè)合適 的位置，保證兩板之間有一個(gè)合適的板間距，這個(gè)板間距就是墊塊的厚度，對合成效率有一 定的影響。 本實(shí)用新型提供了一種Ku波段波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成的4路合成裝置，將兩片雙路 單面鰭線放大電路板，按“2+2”模式垂直波導(dǎo)E面，對稱放置于波導(dǎo)內(nèi)，兩片雙路單面鰭線 放大電路板之間通過墊塊隔離而有間隙。避免了“1+1+1+1”模式的幅相容易不平衡的問題。 其中的1和2分別代表兩種單面鰭線放大電路板。1為單路單面鰭線放大電路板，實(shí)現(xiàn)一路 鰭線_微帶_功率放大芯片_微帶_鰭線的結(jié)構(gòu)；2為雙路單面鰭線放大電路板，為并列對 稱放置的兩路鰭線_微帶_功率放大芯片_微帶_鰭線的結(jié)構(gòu)。將兩片雙路單面鰭線放大 電路板按照“2+2”的模式垂直于波導(dǎo)E面對稱放置在波導(dǎo)內(nèi)。這樣，輸入波導(dǎo)內(nèi)的功率分 為4部分，分別通過每片上的每路經(jīng)由波導(dǎo)_鰭線-微帶耦合輸入，再通過板上的功率放大 芯片進(jìn)行放大，最后通過微帶_鰭線-波導(dǎo)進(jìn)行合成輸出。如圖2、圖3和圖4所示，所述波導(dǎo)由上波導(dǎo)2和下波導(dǎo)3構(gòu)成，上波導(dǎo)2、墊塊3和 下波導(dǎo)4設(shè)有位置對應(yīng)的定位孔和固定孔，通過定位孔用定位銷鎖定位置，通過固定孔固 定連接。如圖5所示，上波導(dǎo)2、下波導(dǎo)4之間是墊塊3，一片雙路單面鰭線放大電路板1的 正面向上，置于上波導(dǎo)2和墊塊3之間；另一片雙路單面鰭線放大電路板1的正面向下，置 于下波導(dǎo)4和墊塊3之間。安裝好以后，在波導(dǎo)的兩個(gè)端口分別裝上波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換，當(dāng)波導(dǎo) 口的一端輸入功率時(shí)，功率會(huì)分為四個(gè)部分，通過鰭線結(jié)構(gòu)分別耦合到四路鰭線-微帶上， 經(jīng)過功率放大芯片進(jìn)行放大，再通過微帶_鰭線-波導(dǎo)進(jìn)行合成輸出。本實(shí)用新型的頻率 在14 14. 5GHz，墊塊的厚度為2mm，即板間距為2mm，使得合成效率達(dá)到80%以上。在每片雙路單面鰭線放大電路板1的介質(zhì)基片上設(shè)置有λ g/4凸形階梯變換補(bǔ) 償，使得回波損耗改善了 2 3dB。
權(quán)利要求一種Ku波段波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成的4路合成裝置，其特征在于將兩片雙路單面鰭線放大電路板，按“2+2”模式垂直波導(dǎo)E面，對稱放置于波導(dǎo)內(nèi)，兩片雙路單面鰭線放大電路板之間通過墊塊隔離而有間隙。
2.按權(quán)利要求1所述的Ku波段波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成的4路合成裝置，其特征在于 所述雙路單面鰭線放大電路板，其正面有兩條平行的微帶線，微帶線上有功率放大芯片；其背面為雙鰭線，微帶線兩側(cè)有飛線孔，飛線從電路板背面穿過飛線孔焊接在電路板正 面的飛線孔上，對芯片供電。
3.按權(quán)利要求1所述的Ku波段波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成的4路合成裝置，其特征在于 所述波導(dǎo)由上波導(dǎo)和下波導(dǎo)構(gòu)成，通過定位孔連接固定，上、下波導(dǎo)之間是墊塊，雙路單面鰭線放大電路板的正面向上，置于上波導(dǎo)和墊塊之間；雙路單面鰭線放大電路板的正 面向下，置于下波導(dǎo)和墊塊之間。
4.按權(quán)利要求1所述的Ku波段波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成的4路合成裝置，其特征在于 在每片雙路單面鰭線放大電路板的介質(zhì)基片上設(shè)置有Xg/4凸形階梯變換補(bǔ)償。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種Ku波段波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成的4路合成裝置，將兩片雙路單面鰭線放大電路板，按“2+2”模式垂直波導(dǎo)E面，對稱放置于波導(dǎo)內(nèi)，兩片雙路單面鰭線放大電路板之間通過墊塊隔離而有間隙。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是用兩片電路板實(shí)現(xiàn)了四路功率合成，且是在波導(dǎo)內(nèi)進(jìn)行的，節(jié)約了空間，減小了模型的體積，合成效率在80％以上。
文檔編號H01P5/12GK201667382SQ20102014128
公開日2010年12月8日 申請日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者張寅侃, 李凌云, 汪書娜, 王斌, 黃光煌 申請人:上海新杰芯微波技術(shù)有限公司