電阻隔膜波導行波功率合成放大器的製作方法

2023-05-28 04:21:46 1

專利名稱：電阻隔膜波導行波功率合成放大器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於微波和毫米波系統的功率合成放大器，尤其涉及一種具有電阻隔膜結構的波導行波功率合成放大器。
背景技術：
無線通信高速發展，高速、寬帶的要求越來越強烈，而頻譜資源卻非常稀缺，現代無線通信系統正在向著高頻率發展，毫米波、亞毫米波通信技術正在由研究步入實際應用。 隨著工作頻率的升高，半導體固態器件的尺寸減小，功率容量下降，單個器件的輸出功率難以滿足系統需求。因此人們提出了將多個固態器件的功率合成的方式來實現大功率固態功率器件。功率合成放大器包括功率放大模塊和功率分配/合成器。因此一個性能優良的功率分配/合成器對功率合成放大器至關重要。一種新型的合成技術，即準光/空間功率合成技術，在最近幾年受到研究人員的強烈關注。該技術借用了光學的概念，通過在空間中同相位相干合成的方式達到功率合成的目的。最為典型的空間功率合成結構是波導內空間功率合成結構，據相關報導，該結構在 X波段實現了 M路合成。不過，當工作頻率達到毫米波頻段時，波導內空間功率結構顯得並不是很適合，因為波導腔體在該頻段時變得很小，難以容納多個放大電路，並且波導到微帶的轉換結構造成的損耗也增大不少，如採用鰭線結構將達到IdB以上，另一方面，擁擠的波導內部空間也給散熱帶來困難。因此單純的採用空間功率合成技術實現毫米波波段的大數目、高效率合成成為一個難題。一種解決辦法就是將空間功率合成技術與傳統的功率合成技術相結合實現功率合成放大器。傳統的功率分配/合成網絡一般是將2路功率合成器進行級聯，形成二進位樹形合成結構或鏈式合成結構，實現多數目的合成，這種2路功率合成器如Wilkinson功分器、分支線耦合器、魔T等。不過現有的二進位或鏈式結構，隨著級聯級數的增加，損耗增加，合成效率下降，且整體尺寸顯著增大。對於功率分配/合成器，其輸出埠的隔離性也是一個重要的指標。應用埠隔離的功率分配/合成器，合成放大器的放大器單元相互獨立，輸入放大器單元的信號將完全由功率分配器的功率分配特性決定，也可以有效避免自激等問題。另一方面，高隔離合成器也會使得合成放大器的失效特性良好，即當存在放大器單元損毀時，其餘放大器仍可以正常工作，輸出功率只會按一個可預測的比例掉落。近幾年，相繼報導了一些波導的行波功率分配/合成結構，該結構有利於實現微波高端、毫米波波段的大功率輸出的功率合成放大器。不過現有的波導行波功率分配/合成結構的實現方式一般是在寬邊處插入探針耦合輸出，輸出埠隔離度都比較差，這種結構並不能實現寬帶合成，合成放大器的失效性能也並不是最為理想。2008 年，Larry W. Epp 等人在 MTT-S 會議上發表了題為 「 A High-Power Ka-Band(31_36GHz)Solid-State Amplifier Based on Low-Loss Corporate Waveguide Combining"的文章，報導了波導結構的高隔離E-T功分器，採用薄膜電阻片實現隔離。他們利用5級2路電阻隔膜型功率分配/合成器形成了 32路功率合成放大器。該結構工作於31-36GHZ，且該結構的體積非常龐大，不適用於微波和毫米波系統，因為和現有的波導結構的高隔離功分器一樣，其功率分配路數只有兩路，這種結構要實現大數目合成就需要龐大的二進位網絡，因此有必要研究出一分多路、寬帶、低損耗、結構緊湊、高隔離的功率分配 /合成器結構來實現高功率輸出的功率合成放大器。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中的缺點與不足，提供了一種電阻隔膜波導行波功率合成放大器，該結構通過一分多路、寬帶、低損耗、結構緊湊、高隔離的功率分配/合成器來實現。利用該功率分配/合成器，可以形成多進位樹形功率分配/合成結構，從而實現大數目、寬帶、高效率、高頻率的功率合成放大器。為了達到上述目的，本發明是通過下述技術方案予以實現一種電阻隔膜波導行波功率合成放大器，其特徵在於由至少兩個電阻隔膜波導行波功率分配/合成器和放大模塊構成；所述每個電阻隔膜波導行波功率分配/合成器包括至少一級矩形波導E-T分支功分器，所述每一級矩形波導E-T分支功分器由輸入波導、第一輸出波導和第二輸出波導相接構成，其中輸入波導與第一輸出波導位於同一直線方向上，第二輸出波導位於輸入波導的垂直方向上；所述至少一級矩形波導E-T分支功分器按如下方式相級聯每一級矩形波導E-T分支功分器的第一輸出波導連接下一級的輸入波導，每一級矩形波導E-T分支功分器的第二輸出波導作為該級的輸出埠 ；所述每一級矩形波導E-T分支功分器的第一輸出波導與其連接的下一級矩形波導E-T分支功分器的輸入波導尺寸相同；在每一級矩形波導 E-T分支功分器的輸入波導與第二輸出波導的分支位置上設置薄膜電阻片，所述薄膜電阻片沿著下一級輸入波導的導體壁延長方向上設置；所述至少兩個電阻隔膜波導行波功率分配/合成器和放大模塊按如下方式連接 所述每個電阻隔膜波導行波功率分配/合成器的第一級矩形波導E-T分支功分器與輸入波導相連接，作為電阻隔膜波導行波功率合成放大器的輸入；所述每個電阻隔膜波導行波功率分配/合成器的每一級的輸出埠先各自與放大模塊連接，然後每個電阻隔膜波導行波功率分配/合成器的各級輸出埠相連接作為每個電阻隔膜波導行波功率分配/合成器的輸出，再將至少兩個電阻隔膜波導行波功率分配/合成器的輸出相連接作為電阻隔膜波導行波功率合成放大器的輸出。更進一步地說，所述薄膜電阻片是由兩塊介質基片構成，其中一塊介質基片一側面鍍有薄膜電阻，鍍有薄膜電阻的一側面與另一塊介質基片相粘接；所述薄膜電阻片的理論長度為所述電阻隔膜波導行波功率分配/合成器工作的中心頻率的四分之一導波波長； 所述薄膜電阻片的阻值按下列公式確定
權利要求
1.一種電阻隔膜波導行波功率合成放大器，其特徵在於由至少兩個電阻隔膜波導行波功率分配/合成器和放大模塊構成；所述每個電阻隔膜波導行波功率分配/合成器包括至少一級矩形波導E-T分支功分器，所述每一級矩形波導E-T分支功分器由輸入波導、第一輸出波導和第二輸出波導相接構成，其中輸入波導與第一輸出波導位於同一直線方向上，第二輸出波導位於輸入波導的垂直方向上；所述至少一級矩形波導E-T分支功分器按如下方式相級聯每一級矩形波導 E-T分支功分器的第一輸出波導連接下一級的輸入波導，每一級矩形波導E-T分支功分器的第二輸出波導作為該級的輸出埠 ；所述每一級矩形波導E-T分支功分器的第一輸出波導與其連接的下一級矩形波導E-T分支功分器的輸入波導尺寸相同；在每一級矩形波導 E-T分支功分器的輸入波導與第二輸出波導的分支位置上設置薄膜電阻片，所述薄膜電阻片沿著下一級輸入波導的導體壁延長方向上設置；所述至少兩個電阻隔膜波導行波功率分配/合成器和放大模塊按如下方式連接所述每個電阻隔膜波導行波功率分配/合成器的第一級矩形波導E-T分支功分器與輸入波導相連接，作為電阻隔膜波導行波功率合成放大器的輸入；所述每個電阻隔膜波導行波功率分配/合成器的每一級的輸出埠先各自與放大模塊連接，然後每個電阻隔膜波導行波功率分配/合成器的各級輸出埠相連接作為每個電阻隔膜波導行波功率分配/合成器的輸出，再將至少兩個電阻隔膜波導行波功率分配/合成器的輸出相連接作為電阻隔膜波導行波功率合成放大器的輸出。
2.根據權利要求1所述的電阻隔膜波導行波功率合成放大器，其特徵在於所述薄膜電阻片是由兩塊介質基片構成，其中一塊介質基片一側面鍍有薄膜電阻，鍍有薄膜電阻的一側面與另一塊介質基片相粘接；所述薄膜電阻片的理論長度為所述電阻隔膜波導行波功率分配/合成器工作的中心頻率的四分之一導波波長；所述薄膜電阻片的阻值按下列公式確定1其中，Rs, j為在第j級E-T分支功分器的輸入波導與第二輸出波導的分支位置上設置的薄膜電阻片的阻值、a為任一級波導寬邊尺寸、L為薄膜電阻片長度、Zq為第j級E-T分支功分器輸出埠的特性阻抗、Zp1代表第j+Ι級E-T分支功分器輸入波導的特性阻抗；當 j = N-I時，取= Ζ。,Ν，Ζ。,N代表最末輸出埠的特性阻抗。
3.根據權利要求2所述的電阻隔膜波導行波功率合成放大器，其特徵在於所述在每一級矩形波導E-T分支功分器的輸入波導與第二輸出波導的分支位置上設置薄膜電阻片， 所述薄膜電阻片沿著下一級輸入波導的導體壁延長方向上設置是指，在波導壁上開槽，將薄膜電阻片插入槽中，使所述薄膜電阻的兩塊介質基片的交界面放置於下一級輸入波導的側壁延長方向上。
4.根據權利要求3所述的電阻隔膜波導行波功率合成放大器，其特徵在於所述每一級矩形波導E-T分支功分器的輸入端波導窄邊的尺寸等於該級兩個輸出波導窄邊尺寸之和。
5.根據權利要求4所述的電阻隔膜波導行波功率合成放大器，其特徵在於所述在每一級的矩形波導E-T分支功分器的垂直拐彎位置還設置用於消除所述垂直拐彎位置電磁場的不連續性的匹配切角，同時在最末輸出埠的拐彎位置設置匹配切角。
6.根據權利要求5所述的電阻隔膜波導行波功率合成放大器，其特徵在於所述每一級矩形波導E-T分支功分器的輸出埠的窄邊尺寸，與第一級矩形波導E-T分支功分器的輸入波導的窄邊尺寸之比為該級輸出埠所需功率分配比。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的電阻隔膜波導行波功率合成放大器，其特徵在於所述第一級矩形波導E-T分支功分器的輸入波導的尺寸大於相匹配的標準波導，所述第一級矩形波導E-T分支功分器的輸入波導通過至少一級四分之一波長的阻抗變化器串聯後實現與標準波導匹配；所述第一級矩形波導E-T分支功分器的輸入波導的尺寸擴大以保證第二級輸入波導在工作頻段內採用單模工作形式為原則進行。
8.根據權利要求1所述的電阻隔膜波導行波功率合成放大器，其特徵在於所述放大模塊是指雙探針空間功率合成放大模塊。
全文摘要
本發明為一種電阻隔膜波導行波功率合成放大器，包括至少兩個電阻隔膜波導行波功率分配/合成器和放大模塊。功率分配/合成器由一級或多級矩形波導E-T分支功分器結構相級聯。功率分配/合成器和放大模塊連接如下每個分配/合成器的第一級矩形波導E-T分支功分器與輸入波導相連接，作為合成放大器的輸入；每個分配/合成器的每一級的輸出埠先各自與放大模塊連接，然後每個分配/合成器的各級輸出埠相連接作為每個功率分配/合成器的輸出，再將至少功率分配/合成器的輸出相連接作為電阻隔膜波導行波功率合成放大器的輸出。該合成器放大器多路、寬帶、低損耗、高隔離。
文檔編號H01P5/12GK102509836SQ20111030060
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者康智勇, 褚慶昕, 龔志 申請人:華南理工大學