一種c波段空間功率合成固態(tài)功率放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種C波段空間功率合成固態(tài)功率放大器，涉及衛(wèi)星、微波通信領域。該固態(tài)功率放大器由上腔體、H形中間壓塊和下腔體構(gòu)成，上腔體和下腔體上下對稱設置，結(jié)構(gòu)完全相同。上腔體安裝有上基板，該上基板由微帶印制板、兩個功率放大單元、四個微帶隔離器、四個隔離器壓塊、兩個功率放大單元壓塊和四個穿心電容構(gòu)成，其中，上基板關于兩個功率放大單元的連線呈軸對稱結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用空間功率合成技術(shù)，輸入輸出接口采用波導形式，內(nèi)部采用波導微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，將波導內(nèi)傳輸?shù)男盘栟D(zhuǎn)換到微帶線上，經(jīng)過放大后，通過微帶轉(zhuǎn)波導結(jié)構(gòu)輻射到波導中。此結(jié)構(gòu)形式減小了傳輸損耗，增加了合成效率，減小了體積，降低了熱設計難度。
【專利說明】 —種C波段空間功率合成固態(tài)功率放大器

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信、微波通信和散射通信領域，特別是涉及一種使用空間功率合成技術(shù)的固態(tài)功率放大器，可廣泛應用關于衛(wèi)星通信和微波通信等通信系統(tǒng)中。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，對功率放大器的帶寬、效率以及輸出功率的要求也與日俱增。然而固態(tài)功率器件受自身半導體物理特性的影響以及加工工藝、散熱、阻抗匹配等問題的限制，器件輸出功率非常有限，而且工作頻率越高，單芯片輸出功率水平越低。因此人們采用多個固態(tài)功率器件進行功率合成，有效提高功率放大器系統(tǒng)的輸出功率。
[0003]傳統(tǒng)的電路合成技術(shù)采用威爾金森電橋、分支線電橋、lange橋等功分/合成網(wǎng)絡，應用廣泛，但平面?zhèn)鬏斁€損耗大，合成效率隨合成網(wǎng)絡級數(shù)增加顯著下降，因而限制了放大器的數(shù)量，無法滿足高效率和大功率的要求。近年來提出的空間功率合成技術(shù)最大的優(yōu)點在于合成效率高，適合多器件合成得到大功率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種C波段空間功率合成固態(tài)功率放大器，解決了現(xiàn)有技術(shù)中單個功率器件輸出功率低，平面合成方式損耗大、合成效率低的缺點。該放大器具有體積小、合成效率高、輸出功率大的特點。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種C波段空間功率合成固態(tài)功率放大器，其特征在于:包括上腔體1、Η形中間壓塊2和下腔體3 ;上腔體1和下腔體3上下對稱設置且在上腔體1和下腔體3中部均設有放置Η形中間壓塊2的凹槽，所述上腔體1和下腔體3相對的兩個面沿矩形長邊同一徑向設有輸入波導槽和輸出波導槽；所述Η形中間壓塊2與輸入波導槽和輸出波導槽相對位置分別設有輸入波導端口和輸出波導端口 ；所述上腔體1、Η形中間壓塊2和下腔體3依次扣合后形成封閉的矩形輸入波導和矩形輸出波導；所述上腔體1與Η形中間壓塊2之間設有上基板安裝腔，Η形中間壓塊2與下腔體3之間均設有下基板安裝腔；上基板安裝腔安裝有上基板，下基板安裝腔安裝有下基板，上基板和下基板相對設置；
[0006]所述上基板設有微帶印制板4、第一至第二功率放大單元5-1至5-2、第一至第四微帶隔離器6-1至6-4、第一至第四隔離器壓塊7-1至7-4、第一至第二功率放大單元壓塊8-1至8-2和第一至第四穿心電容9-1至9-4 ;所述微帶印制板4包括印制于上基板背面的輸入同面鰭線天線10-1、輸出同面鰭線天線10-2、輸入槽線11-1和輸出槽線11-2，以及印制于上基板上面的輸入耦合微帶線12-1、輸出耦合微帶線12-2和第一至第四直流偏置電路13-1至13-4 ;輸入同面鰭線天線10-1的寬度逐漸變小轉(zhuǎn)變?yōu)檩斎氩劬€11-1，輸入耦合微帶線12-1與輸入槽線11-1垂直相交且相交的位置距輸入槽線11-1終端為工作頻率四分之一波長的位置；輸入耦合微帶線12-1的上端口經(jīng)第一隔離器6-1與第一功率放大單元5-1的輸入端口相連接，下端口經(jīng)第二隔離器6-2與第二功率放大單元5-2的輸入端口相連接；第一功率放大單元5-1的輸出端口經(jīng)第三隔離器6-3與輸出耦合微帶線12-2的上端口相連接，第二功率放大單元5-2的輸出端口經(jīng)第四隔離器6-4與輸出耦合微帶線12-2的下端口相連接；輸出耦合微帶線12-2與輸出槽線11-2垂直相交且相交的位置距輸出槽線11-2終端為工作頻率四分之一波長的位置，輸出槽線11-2天線的寬度逐漸變大轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鐾骣捑€天線10-2 ;每個功率放大單元的電源輸入端口連接有穿心電容，偏置電源輸入端口連接有直流偏置電路；
[0007]所述下基板與上基板結(jié)構(gòu)完全相同，下基板與上基板射頻信號的輸入端和輸出端均對應設置；
[0008]射頻信號由輸入波導端口輸入，依次經(jīng)輸入同面鰭線天線10-1、輸入槽線11-1、輸入耦合微帶線12-1分為兩路射頻信號；其中一路射頻信號經(jīng)第一隔離器6-1輸出至第一功率放大單元5-1，另一路射頻信號經(jīng)第二隔離器6-2輸出至第二功率放大單元5-2 ;第一功率放大器單元5-1將收到的射頻信號進行放大經(jīng)第三隔離器6-3輸出至輸出耦合微帶線12-2，第二功率放大器單元5-2將收到的射頻信號進行放大經(jīng)第四隔離器6-4輸出至輸出耦合微帶線12-2 ;這兩路射頻信號經(jīng)輸出槽線11-2合成一路射頻信號并由輸出同面鰭線天線10-2輸出至輸出波導端口。
[0009]其中，所述上腔體1、Η形中間壓塊2和下腔體3采用銷釘定位并用螺釘固定。
[0010]其中，上腔體1上表面和下腔體3下表面均安裝有散熱片。
[0011]本發(fā)明利用空間功率合成結(jié)構(gòu)對輸入射頻信號進行分路，將分路后的信號進行放大，然后采用同樣的空間合成結(jié)構(gòu)將放大后的信號合成并輸出，可實現(xiàn)大功率輸出，同時具有高的合成效率。
[0012]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本發(fā)明采用空間功率合成技術(shù)，增大了功率放大器輸出功率，增加了功率合成效率，減小了功率放大器的體積，提高了功率放大器系統(tǒng)的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的功率放大器的立體示意圖；
[0014]圖2是本發(fā)明的功率放大器的上腔體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖3是本發(fā)明的功率放大器的微帶印制板結(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明的一種C波段空間功率合成固態(tài)功率放大器由上腔體1、Η形中間壓塊2和下腔體3組合而成。上腔體1、Η形中間壓塊2和下腔體3采用銷釘進行定位，保證安裝精度，并用螺釘進行固定。實際應用環(huán)境中，散熱片安裝于上腔體1和下腔體3外表面，用于功率放大器散熱。
[0018]圖2所示為本發(fā)明的功率放大器的上腔體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，下腔體與此結(jié)構(gòu)完全相同。本發(fā)明上腔體由微帶印制板4、第一至第二功率放大單元5-1至5-2、第一至第四微帶隔離器6-1至6-4、第一至第四隔離器壓塊7-1至7-4、第一至第二功率放大單元壓塊8_1至8-2和第一至第四穿心電容9-1至9-4組成。微帶印制板4用焊料焊接在上腔體1內(nèi)，用來完成射頻信號的傳輸；第一至第二功率放大單元5-1至5-2用于完成射頻信號的功率放大；第一功率放大單元壓塊8-1安裝在功率放大器單元5-1上，第二功率放大單元壓塊8-2安裝在功率放大器單元5-2上，用于功率放大器單元的固定和輸入輸出部分腔體的隔離；第一微帶隔離器6-1和第三微帶隔離器6-3安裝于功率放大器單元5-1的兩端，第二微帶隔離器6-2和第四微帶隔離器6-4安裝于功率放大器單元5-2的兩端，微帶隔離器起到增加兩路輸出信號隔離度和改善駐波的作用；第一至第四隔離器壓塊7-1至7-4用于一一對應固定第一至第四微帶隔離器6-1至6-4 ;第一穿心電容9-1和第三穿心電容9-4為功率放大單元5-1的電源輸入接口，第二穿心電容9-2和第四穿心電容9-3為功率放大單元5-2的電源輸入接口。整個功率放大器上腔體和下腔體結(jié)構(gòu)完全對稱，安裝方便，便于調(diào)試。
[0019]圖3對微帶印制板4作出了詳細的說明。輸入同面鰭線天線10-1和輸出同面鰭線天線10-2均位于基板的底層；輸入同面鰭線天線10-1的寬度逐漸變小轉(zhuǎn)變?yōu)檩斎氩劬€11-1，輸出同面鰭線天線10-2的寬度逐漸變小轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵霾劬€11-2 ;在距離輸入槽線10-1終端為工作頻率四分之一波長的位置且在基板上層有輸入耦合微帶線12-1，在距離輸出槽線10-2終端為工作頻率四分之一波長的位置且在基板上層有輸出耦合微帶線12-2，該耦合微帶線通過與槽線的正交結(jié)構(gòu)相耦合，其兩端耦合出幅度相同而相位相反的信號送至對應的功率放大器單元。經(jīng)放大器單元放大后的信號，經(jīng)一個對稱的結(jié)構(gòu)，耦合至輸出端。第一至第四直流偏置電路13-1至13-4采用四分之一波長高阻線加扇形微帶線的結(jié)構(gòu)，為對應的功率放大器單元提供偏置電壓。
[0020]本發(fā)明中波導微帶轉(zhuǎn)換通過同面鰭線天線實現(xiàn)，同面鰭線天線由微帶傳輸線構(gòu)成，同面鰭線天線在起始端由分布在基板背面的兩塊金屬構(gòu)成，金屬之間的間距由起始端與矩形波導腔的寬度相同逐漸變化到很窄的槽線?；宓纳媳砻嬖诓劬€的終端附近印有耦合微帶線，與背面的槽線垂直相交，相交的位置距槽線的短路終端距離為工作頻率的四分之一波長。由于耦合微帶線與背面具有相反相位的槽線的兩極分別耦合，耦合微帶線的兩個端口的相位差為180度，兩個端口的輸出分別與功率放大器單元相連，功率放大器單元的輸出端則和射頻輸入端完全對稱的耦合微帶線相連。同面鰭線天線、槽線
[0021]射頻信號的輸入輸出端口采用標準的波導接口。
[0022]本發(fā)明的簡要工作原理:
[0023]在矩形波導中加入鰭線天線陣列，輸入的的信號被均勻的分配給鰭線天線陣列的每個單元，耦合到每個天線的信號經(jīng)過功率放大器單元放大后，再通過對稱的鰭線天線陣列將信號合成到輸出波導端口。
【權(quán)利要求】
1.一種C波段空間功率合成固態(tài)功率放大器，其特征在于:包括上腔體(I)、H形中間壓塊(2)和下腔體(3);上腔體(I)和下腔體(3)上下對稱設置且在上腔體(I)和下腔體(3)中部均設有放置H形中間壓塊⑵的凹槽，所述上腔體⑴和下腔體(3)相對的兩個面沿矩形長邊同一徑向設有輸入波導槽和輸出波導槽；所述H形中間壓塊(2)與輸入波導槽和輸出波導槽相對位置分別設有輸入波導端口和輸出波導端口 ；所述上腔體(1)、H形中間壓塊(2)和下腔體(3)依次扣合后形成封閉的矩形輸入波導和矩形輸出波導；所述上腔體(I)與H形中間壓塊⑵之間設有上基板安裝腔，H形中間壓塊⑵與下腔體(3)之間均設有下基板安裝腔；上基板安裝腔安裝有上基板，下基板安裝腔安裝有下基板，上基板和下基板相對設置； 所述上基板設有微帶印制板(4)、第一至第二功率放大單元(5-1至5-2)、第一至第四微帶隔離器(6-1至6-4)、第一至第四隔離器壓塊(7-1至7-4)、第一至第二功率放大單元壓塊(8-1至8-2)和第一至第四穿心電容(9-1至9-4);所述微帶印制板(4)包括印制于上基板背面的輸入同面鰭線天線(10-1)、輸出同面鰭線天線(10-2)、輸入槽線(11-1)和輸出槽線(11-2)，以及印制于上基板上面的輸入耦合微帶線(12-1)、輸出耦合微帶線(12-2)和第一至第四直流偏置電路(13-1至13-4);輸入同面鰭線天線(10-1)的寬度逐漸變小轉(zhuǎn)變?yōu)檩斎氩劬€(11-1)，輸入耦合微帶線(12-1)與輸入槽線(11-1)垂直相交且相交的位置距輸入槽線(11-1)終端為工作頻率四分之一波長的位置；輸入耦合微帶線(12-1)的上端口經(jīng)第一隔離器(6-1)與第一功率放大單元(5-1)的輸入端口相連接，下端口經(jīng)第二隔離器(6-2)與第二功率放大單兀(5-2)的輸入端口相連接；第一功率放大單兀(5-1)的輸出端口經(jīng)第三隔離器(6-3)與輸出耦合微帶線(12-2)的上端口相連接，第二功率放大單元(5-2)的輸出端口經(jīng)第四隔離器(6-4)與輸出耦合微帶線(12-2)的下端口相連接；輸出耦合微帶線(12-2)與輸出槽線(11-2)垂直相交且相交的位置距輸出槽線(11-2)終端為工作頻率四分之一波長的位置，輸出槽線(11-2)天線的寬度逐漸變大轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鐾骣捑€天線(10-2);每個功率放大單元的電源輸入端口連接有穿心電容，偏置電源輸入端口連接有直流偏置電路； 所述下基板與上基板結(jié)構(gòu)完全相同，下基板與上基板射頻信號的輸入端和輸出端均對應設置； 射頻信號由輸入波導端口輸入，依次經(jīng)輸入同面鰭線天線(10-1)、輸入槽線(11-1)、輸入耦合微帶線(12-1)分為兩路射頻信號；其中一路射頻信號經(jīng)第一隔離器(6-1)輸出至第一功率放大單元(5-1)，另一路射頻信號經(jīng)第二隔離器(6-2)輸出至第二功率放大單元(5-2);第一功率放大器單元(5-1)將收到的射頻信號進行放大經(jīng)第三隔離器(6-3)輸出至輸出耦合微帶線(12-2)，第二功率放大器單元(5-2)將收到的射頻信號進行放大經(jīng)第四隔離器(6-4)輸出至輸出耦合微帶線(12-2);這兩路射頻信號經(jīng)輸出槽線(11-2)合成一路射頻信號并由輸出同面鰭線天線(10-2)輸出至輸出波導端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的C波段空間功率合成結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述上腔體(I)、H形中間壓塊(2)和下腔體(3)采用銷釘定位并用螺釘固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的C波段空間功率合成結(jié)構(gòu)，其特征在于:上腔體(I)上表面和下腔體(3)下表面均安裝有散熱片。
【文檔編號】H03F3/20GK104467708SQ201410804023
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月22日
【發(fā)明者】李楠, 楊作成, 張志忠, 王曉龍, 張靜, 朱秀敏, 王曉明, 楊賀, 代剛 申請人:中國電子科技集團公司第五十四研究所