專利名稱：Ku波段波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成的10路合成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種空間功率合成技術(shù)，特別涉及一種Ku波段波導(dǎo)內(nèi)空間功率 合成10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(duì)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(shì)。在已有的功率合成類別中，相對(duì)于芯片級(jí)和電路級(jí)功率合成，空間功 率合成的優(yōu)勢(shì)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-AJork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(guó)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。目前還沒有10路合成裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的技術(shù)問題是要在Ku波段(14 14. 5GHz)在波導(dǎo)內(nèi)實(shí)現(xiàn)10路功率 合成，且合成效率在80%以上的Ku波段波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成10路合成裝置。本實(shí)用新型是在Ku波段進(jìn)行的波導(dǎo)內(nèi)10路合成。與國(guó)內(nèi)其他空間功率合成的相 關(guān)研究相比，本實(shí)用新型的10路合成模式是目前所沒有的，而且在Ku波段這種多路合成是 在波導(dǎo)內(nèi)完成的，相比于西南電子研究所采取的波導(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)，本實(shí)用新型整個(gè)模塊的體積要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于它。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10路合成裝置，將兩片單路單面鰭線放大電路板和四片雙路單面鰭線放大電路板按 “1+2+2+2+2+1”的模式垂直波導(dǎo)E面，對(duì)稱放置于矩形波導(dǎo)內(nèi)，六片放大電路板之間通過墊 塊隔離而有間隙。所述矩形波導(dǎo)由上波導(dǎo)和下波導(dǎo)構(gòu)成，通過定位孔固定連接，上、下波導(dǎo)之間有五 層墊塊，上波導(dǎo)和第一層墊塊之間置有正面朝上的單路單面鰭線放大電路板；第一層墊塊 和第二層墊塊之間置有正面朝上的雙路單面鰭線放大電路板；第二層墊塊和第三層墊塊之 間置有正面朝上的雙路單面鰭線放大電路板；第三層墊塊和第四層墊塊之間置有正面朝下
3的雙路單面鰭線放大電路板；第四層墊塊和第五層墊塊之間置有正面朝下的雙路單面鰭線 放大電路板；第五層墊塊與下波導(dǎo)之間置有正面朝下的單路單面鰭線放大電路板。所述四片雙路單面鰭線放大電路是二種不同長(zhǎng)度的電路板，10路合成的模式是按 “l(fā)+2a+2b+2b+2a+l”對(duì)稱放置于矩形波導(dǎo)內(nèi)。長(zhǎng)度不同是為了保證中間四片共八路的平衡， 具體的長(zhǎng)度是仿真優(yōu)化的結(jié)果。這四片雙路電路板有兩種長(zhǎng)度，分別設(shè)為2a，2b。則10路合 成的模式為“l(fā)+2a+2b+2b+2a+l”，即為對(duì)稱放置。其中，2a的長(zhǎng)度為20mm，2b的長(zhǎng)度為41mm。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(duì)芯片供電。所述單路單面鰭線放大電路板，其正面有一條微帶線，微帶線上有功率放大芯片； 其背面有單路鰭線。單路鰭線電路板的長(zhǎng)度為37mm。上述鰭線的設(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。所述的波導(dǎo)為過模波導(dǎo)，寬邊a = ^mm，窄邊b = 10mm。經(jīng)過論證，對(duì)于10路合成，14 14. 5GHz頻段的標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)BJ120，其寬邊a = 19. 05mm，窄邊b = 9. 525mm的空間是不夠的，故要用過模波導(dǎo)，使波導(dǎo)內(nèi)空間適當(dāng)擴(kuò)大，但 同時(shí)又要保證波導(dǎo)內(nèi)沒有高次模傳輸。經(jīng)過計(jì)算和設(shè)計(jì)，過模波導(dǎo)的尺寸取為寬邊a = 26mm,窄邊 b = IOmm0所述的微帶阻抗變換線是指先由一段細(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(zhǎng)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是對(duì)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，偏置電路上有相關(guān)的電容等。本實(shí)用新型的優(yōu)越功效在于1)設(shè)計(jì)了 “1+2+2+2+2+1”的10路合成模式，減少了電路板的片數(shù)，不但節(jié)約了空 間，也對(duì)板間距的調(diào)試降低了難度；2)設(shè)計(jì)了合適的過模波導(dǎo)，尺寸既不是很大，也保證了 10路合成所需要的空間， 同時(shí)還抑制了高次模的傳輸。3)僅在波導(dǎo)內(nèi)實(shí)現(xiàn)功率合成，控制了整個(gè)模塊的體積；4)使用雙路單面鰭線電路放大板，使得實(shí)現(xiàn)10路合成僅需6塊板即可實(shí)現(xiàn)，方便 了板間距的調(diào)試和結(jié)構(gòu)件的加工難度；5)用飛線的方法解決了雙路單面鰭線電路放大板上兩片芯片距離太近導(dǎo)致的加 電困難問題；6)設(shè)計(jì)出合適的板間距，使得合成效率達(dá)到80%以上；7)每片板設(shè)計(jì)了合適的長(zhǎng)度，保證了 10路合成的平衡問題，防止了因不平衡導(dǎo)致 的效率下降。
圖1(包括圖Ia和圖lb)為本實(shí)用新型波導(dǎo)內(nèi)所用的長(zhǎng)度為37mm的單路單面鰭 線電路放大板的正反兩面示意圖；圖2(包括圖加和圖2b)為本實(shí)用新型波導(dǎo)內(nèi)所用的長(zhǎng)度為20mm的雙路單面鰭 線電路放大板的正反兩面示意圖；圖3(包括圖3a和圖3b)為本實(shí)用新型波導(dǎo)內(nèi)所用的長(zhǎng)度為41mm的雙路單面鰭 線電路放大板的正反兩面示意圖；圖4為本實(shí)用新型中過模波導(dǎo)的上波導(dǎo)的示意圖；圖5為本實(shí)用新型中波導(dǎo)內(nèi)單路單面鰭線電路放大板與相鄰的雙路單面鰭線電 路放大板之間的墊塊的示意圖，墊塊厚度為3mm ；圖6為本實(shí)用新型中波導(dǎo)內(nèi)兩片相鄰的長(zhǎng)度不同的雙路單面鰭線電路放大板之 間的墊塊的示意圖，墊塊厚度為2. 2mm ；圖7為本實(shí)用新型中波導(dǎo)內(nèi)最中間的長(zhǎng)度相同的雙路單面鰭線電路放大板之間 的墊塊的示意圖，墊塊厚度為5mm ；圖8為本實(shí)用新型中過模波導(dǎo)的下波導(dǎo)的示意圖；圖9為本實(shí)用新型的波導(dǎo)裝配分解示意圖；圖中標(biāo)號(hào)說明1-單路單面鰭線電路放大板；101-功率放大芯片；102-微帶線；103-單路鰭線；2-長(zhǎng)度為20mm的雙路單面鰭線電路放大板；201-功率放大芯片；202-微帶線；203-飛線孔；204-雙路鰭線；3-長(zhǎng)度為41mm的雙路單面鰭線電路放大板；301-功率放大芯片；303-飛線孔；4-上波導(dǎo)；401-定位孔；403-定位孔；405-電路板安裝槽；5-墊塊；501-定位孔；503-定位孔；6-墊塊；601-定位孔；603-定位孔；7-墊塊；701-定位孔；703-定位孔；
302-微帶線； 304-雙路鰭線
402-定位孔； 404-固定孔；
502-定位孔； 504-電路板安裝槽
602-定位孔； 604-電路板安裝槽
702-定位孔；[0055]8-下波導(dǎo)；801-定位孔；803-定位孔；805-電路板安裝槽
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱附圖所示，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。本實(shí)用新型提供了一種波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成的10路合成裝置，從波導(dǎo)E面插入的 兩片單路單面鰭線電路放大板1，兩片長(zhǎng)度為20mm的雙路單面鰭線電路放大板2和兩片長(zhǎng) 度為41mm的雙路單面鰭線電路放大板3，將波導(dǎo)結(jié)構(gòu)分為上波導(dǎo)4、墊塊5、墊塊6、墊塊7、 墊塊6、墊塊5、下波導(dǎo)8共7個(gè)部分。如圖1所示，所述單路單面鰭線電路放大板1正面的微帶線102上放置一片功率 放大芯片101 ；背面為單路鰭線103。如圖2所示，所述長(zhǎng)度為20mm的雙路單面鰭線電路放大板2正面兩條并行的微帶 線202上各放置一片功率放大芯片201 ；背面為雙路鰭線204。飛線孔203是雙路單面鰭線 電路放大板2上下面一片功率放大芯片供電所用的飛線的走線孔，飛線的兩端從板的背面 的兩個(gè)飛線孔203伸出到板的正面，再把飛線的兩端焊接在板的正面的飛線孔203上。如圖3所示，所述的雙路單面鰭線電路放大板結(jié)構(gòu)同上，僅是電路板長(zhǎng)度為41mm。如圖9所示，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)由上波導(dǎo)4、墊塊5、墊塊6、墊塊7、墊塊6、墊塊5、下波導(dǎo)8 按圖示順序組裝得到。兩片單路單面鰭線電路放大板1，兩片雙路單面鰭線電路放大板2和 兩片雙路單面鰭線電路放大板3分別安插在波導(dǎo)各部分結(jié)構(gòu)件之間，具體位置為上波導(dǎo)4 和墊塊5之間放置一片正面朝上的單路單面鰭線電路放大板1 ；墊塊5和墊塊6之間放置 一片正面朝上的雙路單面鰭線電路放大板2 ；墊塊6和墊塊7之間放置一片正面朝上的雙 路單面鰭線電路放大板3 ；墊塊7和墊塊6之間放置一片正面朝下的雙路單面鰭線電路放 大板3 ；墊塊6和墊塊5之間放置一片正面朝下的雙路單面鰭線電路放大板2 ；墊塊5和下 波導(dǎo)8之間放置一片正面朝下的單路單面鰭線電路放大板1。所有結(jié)構(gòu)件和電路板之間通 過定位孔進(jìn)行定位安裝。本實(shí)用新型的頻率是14 14. 5GHz，所述墊塊的厚度由頻率決定。其中墊塊5的 厚度為3mm，墊塊6的厚度為2. 2mm,墊塊7的厚度為5mm，達(dá)到合成效率80 %以上。所述每片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。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)分為十個(gè)部分，通過鰭線結(jié)構(gòu)分別耦合到十路鰭線-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。
802-定位孔； 804-固定孔；
權(quán)利要求1.一種Ku波段波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成的10路合成裝置，其特征在于將兩片單路單面鰭線放大電路板和四片雙路單面鰭線放大電路板按“ 1+2+2+2+2+1，，的 模式垂直波導(dǎo)E面，對(duì)稱放置于矩形波導(dǎo)內(nèi)，六片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所述的一種Ku波段波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成的10路合成裝置，其特征在于所述矩形波導(dǎo)由上波導(dǎo)和下波導(dǎo)構(gòu)成，通過定位孔固定連接，上、下波導(dǎo)之間有五層墊 塊，上波導(dǎo)和第一層墊塊之間置有正面朝上的單路單面鰭線放大電路板；第一層墊塊和第 二層墊塊之間置有正面朝上的雙路單面鰭線放大電路板；第二層墊塊和第三層墊塊之間置 有正面朝上的雙路單面鰭線放大電路板；第三層墊塊和第四層墊塊之間置有正面朝下的雙 路單面鰭線放大電路板；第四層墊塊和第五層墊塊之間置有正面朝下的雙路單面鰭線放大 電路板；第五層墊塊與下波導(dǎo)之間置有正面朝下的單路單面鰭線放大電路板。
3.按權(quán)利要求1或2所述的Ku波段波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成的10路合成裝置，其特征在于所述四片雙路單面鰭線放大電路是二種不同長(zhǎng)度的電路板，10路合成的模式是按 “ l+2a+2b+2b+2a+l，，對(duì)稱放置于矩形波導(dǎo)內(nèi)。
4.按權(quán)利要求3所述的一種Ku波段波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成的10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(duì)芯片供電。
5.按權(quán)利要求1所述的一種Ku波段波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成的10路合成裝置，其特征在于所述單路單面鰭線放大電路板，其正面有一條微帶線，微帶線上有功率放大芯片；其背 面有單路鰭線。
6.按權(quán)利要求1所述的一種Ku波段波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成的10路合成裝置，其特征在于所述的波導(dǎo)為過模波導(dǎo)，寬邊a = 26mm,窄邊b = 10mm。
7.按權(quán)利要求1所述的一種Ku波段波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成的10路合成裝置，其特征在于所述每片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。
專利摘要一種Ku波段波導(dǎo)內(nèi)空間功率合成的10路合成裝置，采用兩片單路單面鰭線電路放大板和四片長(zhǎng)度不同的雙路鰭線電路放大板和“1+2+2+2+2+1”的對(duì)稱放置模式實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)內(nèi)10路空間功率合成。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是用六片電路板實(shí)現(xiàn)了十路功率合成，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，而且合成效率在80％以上。
文檔編號(hào)H01P5/12GK201859934SQ20102024106
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者汪書娜, 王斌, 王魯培 申請(qǐng)人:上海杰盛無線通訊設(shè)備有限公司