專利名稱：一種基片集成裂縫波導(dǎo)功率合成放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于射頻、微波、毫米波固態(tài)發(fā)射機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基片集成裂縫波導(dǎo)功率合成放大器。
背景技術(shù)：
隨著工作頻率的不斷升高，單個固態(tài)器件的功率輸出能力會大大降低，特別是進(jìn)入微波毫米波頻段后，功率輸出能力會更低而不能滿足某些通信系統(tǒng)的要求。這時采用功率合成技術(shù)可以提高系統(tǒng)的功率輸出能力。傳統(tǒng)的裂縫波導(dǎo)功率合成器，采用金屬腔矩形波導(dǎo)經(jīng)機(jī)械加工而成，不僅體積龐大笨重，不易集成和批量生產(chǎn)，而且工作方式為諧振式， 所以工作帶寬較窄，加上加工精度較低，極易產(chǎn)生工作頻帶的偏移?；刹▽?dǎo)是一種新型的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，它是通過在上下面敷銅的低損耗介質(zhì)基片加入金屬化通孔陣列，來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的金屬波導(dǎo)功能的平面?zhèn)鬏斁€結(jié)構(gòu)。因此，基片集成波導(dǎo)傳播特性與傳統(tǒng)的金屬波導(dǎo)類似，所以由其構(gòu)成的微波毫米波無源器件具有損耗低、功率容量高等優(yōu)點(diǎn)。另外，基片集成波導(dǎo)屬于平面結(jié)構(gòu)，可用普通平面印制板工藝來實(shí)現(xiàn)，因此它還具有加工精度高、易集成、成本低，便于批量生產(chǎn)等有優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服了傳統(tǒng)諧振式裂縫波導(dǎo)合成器體積笨重、加工困難和頻帶較窄等缺點(diǎn)，提供一種基片集成裂縫波導(dǎo)功率合成放大器。本發(fā)明包括疊放的基片集成裂縫波導(dǎo)電路板和微帶線陣列電路板，基片集成裂縫波導(dǎo)電路板與微帶線陣列電路板通過螺絲固定連接?；闪芽p波導(dǎo)電路板為矩形，中間層為波導(dǎo)介質(zhì)層，波導(dǎo)介質(zhì)層的兩面覆有金屬層，下金屬層完全覆蓋波導(dǎo)介質(zhì)層的下表面；上金屬層覆蓋波導(dǎo)介質(zhì)層的上表面，上金屬層一個對角線上的兩個對角處開有形狀相同的漸變微帶線窗口 ；所述的漸變微帶線窗口整體為矩形，其相鄰的兩邊為波導(dǎo)介質(zhì)層的邊沿，漸變微帶線窗口內(nèi)的上金屬層為漸變微帶線；所述的漸變微帶線的形狀以微帶線中心軸對稱，微帶線中心軸與波導(dǎo)介質(zhì)層的長邊平行，漸變微帶線的最窄處位于波導(dǎo)介質(zhì)層的短邊邊沿；波導(dǎo)介質(zhì)層的上表面除兩個漸變微帶線窗口外的其他部分被上金屬層覆蓋；
基片集成裂縫波導(dǎo)電路板上開有兩組金屬化通孔組，每組金屬化通孔組的金屬化通孔呈U字形排列，包括兩排橫向平行排列的金屬化通孔和一排縱向排列的金屬化通孔，一組金屬化通孔組中的兩排橫向排列的金屬化通孔以微帶線中心軸對稱，漸變微帶線的最寬處位于對應(yīng)的一組金屬化通孔組的U字形開口端；每個金屬化通孔貫穿上金屬層、波導(dǎo)介質(zhì)層、下金屬層；
上金屬層上開有兩排波導(dǎo)裂縫組，每組波導(dǎo)裂縫組包括位于與微帶線中心軸平行的一條直線上的多個寬度相同的長條形的波導(dǎo)裂縫，相鄰的兩個波導(dǎo)裂縫的中心點(diǎn)之間的距離為工作波導(dǎo)波長的一半，所述的波導(dǎo)裂縫貫穿上金屬層；兩排波導(dǎo)裂縫組分別設(shè)置在兩組金屬化通孔組的U字形包圍的空間內(nèi)，每排波導(dǎo)裂縫組中與縱向排列的金屬化通孔最近的波導(dǎo)裂縫的中心點(diǎn)到縱向排列的的各金屬化通孔的中心連線的距離為工作波導(dǎo)波長的四分之一；
上金屬層上在每組金屬化通孔組的U字形包圍的空間內(nèi)開有調(diào)諧金屬化通孔組，每組調(diào)諧金屬化通孔組中的調(diào)諧金屬化通孔個數(shù)與每組波導(dǎo)裂縫組中的波導(dǎo)裂縫個數(shù)相同，每個調(diào)諧金屬化通孔貫穿上金屬層、波導(dǎo)介質(zhì)層、下金屬層；上金屬層整體以中心點(diǎn)對稱。微帶線陣列電路板包括微帶介質(zhì)層和微帶金屬層，微帶金屬層完全覆蓋微帶介質(zhì)層的下表面；微帶金屬層與基片集成裂縫波導(dǎo)電路板的上金屬層相接；
微帶線陣列電路板的形狀為矩形的一個對角線上的兩個對角分別切除兩個矩形塊后所形成的整體呈Z字形的形狀，切除的矩形塊與漸變微帶線矩形窗口等長等寬，微帶線陣列電路板的直線邊沿與基片集成裂縫波導(dǎo)電路板中的上金屬層的直線邊沿重合；
微帶金屬層開有兩排微帶裂縫組，構(gòu)成微帶裂縫組的各個微帶裂縫位于構(gòu)成波導(dǎo)裂縫組的各個波導(dǎo)裂縫的正投影上方，各個微帶裂縫與對應(yīng)的波導(dǎo)裂縫形狀和大小相同；所述的微帶裂縫貫穿微帶金屬層；
微帶介質(zhì)層的上表面設(shè)置有一排與構(gòu)成一組微帶裂縫組的微帶裂縫數(shù)量相同的固態(tài)功率放大器芯片；微帶介質(zhì)層的上表面對應(yīng)每個微帶裂縫中心點(diǎn)的位置設(shè)置有金屬條，金屬條跨過微帶裂縫設(shè)置，且與微帶裂縫垂直；每個固態(tài)功率放大器芯片的輸入端和輸出端分別與相對的兩個金屬條連接；固態(tài)功率放大器芯片采用成熟的現(xiàn)有產(chǎn)品，直接購買即可。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果
1、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)保持了平面電路的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，有利于與電路中其他元器件的集成；
2、工作帶寬較寬，可以避免因加工誤差造成頻帶偏移出被合成的放大器芯片的頻率范
圍；
3、合成放大器芯片的個數(shù)不受限制。只要體積允許，放大器芯片的個數(shù)可以無限增
加；
4、各路信號之間的距離可調(diào)，可保證足夠的空間放置放大器芯片；
5、有較好的平面熱沉，便于散熱。


圖1為基片集成裂縫波導(dǎo)電路板的下金屬層的平面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為基片集成裂縫波導(dǎo)電路板的上金屬層的平面結(jié)構(gòu)示意圖3為微帶線陣列電路板的微帶金屬層的平面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為微帶線陣列電路板的上表面的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式一種基片集成裂縫波導(dǎo)功率合成放大器，包括疊放的基片集成裂縫波導(dǎo)電路板和微帶線陣列電路板，基片集成裂縫波導(dǎo)電路板與微帶線陣列電路板通過螺絲固定連接。如圖1和2所示，基片集成裂縫波導(dǎo)電路板為矩形，中間層為波導(dǎo)介質(zhì)層5，波導(dǎo)介質(zhì)層5的兩面覆有金屬層，下金屬層1完全覆蓋波導(dǎo)介質(zhì)層5的下表面，上金屬層4覆蓋波導(dǎo)介質(zhì)層5的上表面。上金屬層4 一個對角線上的兩個對角處開有形狀相同的漸變微帶線窗口 6。漸變微帶線窗口 6整體為矩形，其相鄰的兩邊為波導(dǎo)介質(zhì)層5的邊沿，漸變微帶線窗口 6內(nèi)的上金屬層為漸變微帶線7，漸變微帶線7的形狀以微帶線中心軸對稱，微帶線中心軸與波導(dǎo)介質(zhì)層5的長邊平行，漸變微帶線7的最窄處位于波導(dǎo)介質(zhì)層5的短邊邊沿。波導(dǎo)介質(zhì)層5的上表面除兩個漸變微帶線窗口外的其他部分被上金屬層4覆蓋?；闪芽p波導(dǎo)電路板上開有兩組金屬化通孔組，每組金屬化通孔組的金屬化通孔2呈U字形排列，包括兩排橫向平行排列的金屬化通孔和一排縱向排列的金屬化通孔，一組金屬化通孔組中的兩排橫向排列的金屬化通孔以微帶線中心軸對稱，漸變微帶線7的最寬處位于對應(yīng)的一組金屬化通孔組的U字形開口端；每個金屬化通孔2貫穿上金屬層4、波導(dǎo)介質(zhì)層5、下金屬層1。上金屬層上開有兩排波導(dǎo)裂縫組，每組波導(dǎo)裂縫組包括位于與微帶線中心軸平行的一條直線上的多個寬度相同的長條形的波導(dǎo)裂縫8，波導(dǎo)裂縫8貫穿上金屬層，相鄰的兩個波導(dǎo)裂縫8的中心點(diǎn)之間的距離為工作波導(dǎo)波長Xg的一半。兩排波導(dǎo)裂縫組分別設(shè)置在兩組金屬化通孔組的U字形包圍的空間內(nèi)，每排波導(dǎo)裂縫組中與縱向排列的金屬化通孔最近的波導(dǎo)裂縫的中心點(diǎn)到縱向排列的各金屬化通孔2的中心連線的距離為工作波導(dǎo)波長Xg的四分之一。上金屬層4上在每組金屬化通孔組的U字形包圍的空間內(nèi)開有調(diào)諧金屬化通孔組，每組調(diào)諧金屬化通孔組中的調(diào)諧金屬化通孔3個數(shù)與每組波導(dǎo)裂縫組中的波導(dǎo)裂縫8的個數(shù)相同，每個調(diào)諧金屬化通孔3貫穿上金屬層4、波導(dǎo)介質(zhì)層5、下金屬層1。上金屬層4的平面整體以中心點(diǎn)對稱。如圖3和4所示，微帶線陣列電路板包括微帶介質(zhì)層11和微帶金屬層9，微帶金屬層9完全覆蓋微帶介質(zhì)層11的下表面。微帶金屬層9與基片集成裂縫波導(dǎo)電路板的上金屬層4相接。微帶線陣列電路板的形狀為矩形的一個對角線上的兩個對角分別切除兩個矩形塊后所形成的整體呈ζ字形的形狀，切除的矩形塊與漸變微帶線窗口 6等長等寬，微帶線陣列電路板的直線邊沿與基片集成裂縫波導(dǎo)電路板中的上金屬層4的直線邊沿重合。微帶金屬層9開有兩排微帶裂縫組，構(gòu)成微帶裂縫組的各個微帶裂縫10位于構(gòu)成波導(dǎo)裂縫組的各個波導(dǎo)裂縫8的正投影上方，各個微帶裂縫10與對應(yīng)的波導(dǎo)裂縫8形狀和大小相同，微帶裂縫10貫穿微帶金屬層9。微帶介質(zhì)層11的上表面設(shè)置有一排與構(gòu)成一組微帶裂縫組的微帶裂縫數(shù)量相同的固態(tài)功率放大器芯片13 ；微帶介質(zhì)層11的上表面對應(yīng)每個微帶裂縫10中心點(diǎn)的位置設(shè)置有金屬條12，金屬條12跨過微帶裂縫10設(shè)置，且與微帶裂縫10垂直；每個固態(tài)功率放大器芯片13的輸入端和輸出端分別與相對的兩個金屬條12連接。其工作原理為，輸入信號從其中一條漸變微帶線寬度較窄的一端進(jìn)入，經(jīng)漸變微帶線平滑過渡到位于同一軸線上的基片集成裂縫波導(dǎo)(一個基片集成裂縫波導(dǎo)由一組U字形的金屬化通孔組、波導(dǎo)介質(zhì)層、上波導(dǎo)金屬層、下波導(dǎo)金屬層和一組波導(dǎo)裂縫構(gòu)成)中，然后從該基片集成裂縫波導(dǎo)上對應(yīng)的波導(dǎo)裂縫和微帶裂縫中輸出，并被耦合到微帶線陣列電路板的各支路微帶線(支路微帶線由微帶介質(zhì)層、金屬條和微帶介質(zhì)層下表面的金屬層共同構(gòu)成)上，然后通過各支路微帶線傳輸?shù)礁髦饭β史糯笃餍酒线M(jìn)行放大，放大后的信號從功率放大器芯片輸出端輸出到輸出端的微帶線上，輸出端的微帶線再通過另一組微帶裂縫和波導(dǎo)裂縫把放大后的信號又耦合到另一個基片集成裂縫波導(dǎo)中，耦合進(jìn)來信號能量在基片集成裂縫波導(dǎo)的輸出端被合成，而后經(jīng)輸出端的漸變微帶線平滑輸出。
權(quán)利要求
1. 一種基片集成裂縫波導(dǎo)功率合成放大器，包括疊放的基片集成裂縫波導(dǎo)電路板和微帶線陣列電路板，基片集成裂縫波導(dǎo)電路板與微帶線陣列電路板通過螺絲固定連接，其特征在于所述的基片集成裂縫波導(dǎo)電路板為矩形，中間層為波導(dǎo)介質(zhì)層，波導(dǎo)介質(zhì)層的兩面覆有金屬層，下金屬層完全覆蓋波導(dǎo)介質(zhì)層的下表面；上金屬層覆蓋波導(dǎo)介質(zhì)層的上表面，上金屬層一個對角線上的兩個對角處開有形狀相同的漸變微帶線窗口 ；所述的漸變微帶線窗口整體為矩形，其相鄰的兩邊為波導(dǎo)介質(zhì)層的邊沿，漸變微帶線窗口內(nèi)的上金屬層為漸變微帶線；所述的漸變微帶線的形狀以微帶線中心軸對稱，微帶線中心軸與波導(dǎo)介質(zhì)層的長邊平行，漸變微帶線的最窄處位于波導(dǎo)介質(zhì)層的短邊邊沿；波導(dǎo)介質(zhì)層的上表面除兩個漸變微帶線窗口外的其他部分被上金屬層覆蓋；基片集成裂縫波導(dǎo)電路板上開有兩組金屬化通孔組，每組金屬化通孔組的金屬化通孔呈U字形排列，包括兩排橫向平行排列的金屬化通孔和一排縱向排列的金屬化通孔，一組金屬化通孔組中的兩排橫向排列的金屬化通孔以微帶線中心軸對稱，漸變微帶線的最寬處位于對應(yīng)的一組金屬化通孔組的U字形開口端；每個金屬化通孔貫穿上金屬層、波導(dǎo)介質(zhì)層、下金屬層；上金屬層上開有兩排波導(dǎo)裂縫組，每組波導(dǎo)裂縫組包括位于與微帶線中心軸平行的一條直線上的多個寬度相同的長條形的波導(dǎo)裂縫，相鄰的兩個波導(dǎo)裂縫的中心點(diǎn)之間的距離為工作波導(dǎo)波長的一半，所述的波導(dǎo)裂縫貫穿上金屬層；兩排波導(dǎo)裂縫組分別設(shè)置在兩組金屬化通孔組的U字形包圍的空間內(nèi)，每排波導(dǎo)裂縫組中與縱向排列的金屬化通孔最近的波導(dǎo)裂縫的中心點(diǎn)到縱向排列的各金屬化通孔的中心連線的距離為工作波導(dǎo)波長的四分之一；上金屬層上在每組金屬化通孔組的U字形包圍的空間內(nèi)開有調(diào)諧金屬化通孔組，每組調(diào)諧金屬化通孔組中的調(diào)諧金屬化通孔個數(shù)與每組波導(dǎo)裂縫組中的波導(dǎo)裂縫個數(shù)相同，每個調(diào)諧金屬化通孔貫穿上金屬層、波導(dǎo)介質(zhì)層、下金屬層；所述的上金屬層整體以中心點(diǎn)對稱；所述的微帶線陣列電路板包括微帶介質(zhì)層和微帶金屬層，微帶金屬層完全覆蓋微帶介質(zhì)層的下表面；微帶金屬層與基片集成裂縫波導(dǎo)電路板的上金屬層相接；微帶線陣列電路板的形狀為矩形的一個對角線上的兩個對角分別切除兩個矩形塊后所形成的整體呈Z字形的形狀，切除的矩形塊與漸變微帶線矩形窗口等長等寬，微帶線陣列電路板的直線邊沿與基片集成裂縫波導(dǎo)電路板中的上金屬層的直線邊沿重合；微帶金屬層開有兩排微帶裂縫組，構(gòu)成微帶裂縫組的各個微帶裂縫位于構(gòu)成波導(dǎo)裂縫組的各個波導(dǎo)裂縫的正投影上方，各個微帶裂縫與對應(yīng)的波導(dǎo)裂縫形狀和大小相同；所述的微帶裂縫貫穿微帶金屬層；微帶介質(zhì)層的上表面設(shè)置有一排與構(gòu)成一組微帶裂縫組的微帶裂縫數(shù)量相同的固態(tài)功率放大器芯片；微帶介質(zhì)層的上表面對應(yīng)每個微帶裂縫中心點(diǎn)的位置設(shè)置有金屬條，金屬條跨過微帶裂縫設(shè)置，且與微帶裂縫垂直；每個固態(tài)功率放大器芯片的輸入端和輸出端分別與相對的兩個金屬條連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基片集成裂縫波導(dǎo)功率合成放大器。本發(fā)明包括疊放的基片集成裂縫波導(dǎo)電路板和微帶線陣列電路板?；闪芽p波導(dǎo)電路板中間為波導(dǎo)介質(zhì)層，兩面覆有金屬層，上金屬層兩個對角處開有漸變微帶線窗口，窗口內(nèi)的上金屬層為漸變微帶線；貫穿基片集成裂縫波導(dǎo)電路板開有兩組金屬化通孔組，每組的金屬化通孔呈U字形排列，U字形空間內(nèi)開有波導(dǎo)裂縫和調(diào)諧金屬化通孔；微帶線陣列電路板包括微帶介質(zhì)層和微帶金屬層，微帶金屬層對應(yīng)波導(dǎo)裂縫位置開有微帶裂縫，微帶介質(zhì)層的上表面對應(yīng)每個微帶裂縫位置設(shè)置有金屬條；固態(tài)功率放大器芯片的輸入輸出端分別與金屬條連接。本發(fā)明具有合成效率高、工作帶寬寬、熱沉性能好、成本低、易集成的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01P5/12GK102394576SQ20111027812
公開日2012年3月28日 申請日期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 申請人:杭州電子科技大學(xué)