[发明专利]基于波导的功率合成器

说明书

技术领域

本发明涉及微波技术领域，特别是涉及一种基于波导的应用于低损耗 大功率的微波功率合成器。

背景技术

在微波技术领域，微波功率放大器是一个不可或缺的组成部分，而微 波功率放大器最重要的指标则是输出功率、效率以及增益。近年来固态微 波功率器件发展迅猛，逐渐替代了以往笨重的行波管放大器，其中半导体 固态微波器件具有体积小、重量轻、稳定性高等特点，然而固态微波功率 器件的最大缺点是输出功率相对较低，为了获得大功率微波，往往需要采 用功率合成的方式。

功率合成网络有很多种，主要以平面电路的Wilkinson功率分配器、 Langer耦合器等为主，波导功率合成通常采用E面分支或H面分支器， 近年来空间功率合成的方式发展迅速。平面电路的功分/功合器优点是体积 小，成本低，但是损耗相对较大。基于波导的功率合成器特点是损耗极小， 但是体积往往较大。另外，普通的波导E面或H面分支器，带宽往往受限 比较大，通常只能达到中心频率的10％～20％，应用范围受限。

平面电路微波功率合成还有其他一些缺点，由于平面电路的基板最终 总是要安装在一个特定大小的腔体内，由于腔体往往较大，容易在不连续 处激发出其他的模式造成增益不平坦或者干扰其他电路，为了减少这种效 应，往往需要在腔体内加入吸波材料，从而进一步加大插入损耗。并且， 平面电路的功率容量也要远小于波导结构。

其次，大功率功率放大器还面临散热的问题。由于固态微波功率器件 效率通常在20％～30％之间，放大器产生的热量会使功率器件温度上升过 高，从而影响器件性能，严重时将引起器件烧毁，由于不同材料有不同的 膨胀系数，所以温度过高也会影响微波功率器件安装的可靠性。

为了更好的散热，功率合成器往往采用全金属结构，功率器件与热沉 之间的距离越短越好，一般采用热导率高的金属铜或铝作为载体。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于克服以往波导功率分配/合成器带宽受限、体积大的 缺点，提供一种基于波导的功率合成器，该功率合成器采用不同宽度的波 导结构，以避免通常的E面分支器1/4λ匹配部分，在波导功率分配的同 时，还与微带探针形式的3dB功率分配/合成相结合，在更小的体积内实 现四路波导功率合成。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种基于波导的功率合成器，该功率 合成器采用上下双层结构，由两个3dB矩形波导功分/功合模块、四个功 率放大模块和八个微带探针构成，其中，两个3dB矩形波导功分/功合模 块左右对称，四个功率放大模块位于两个3dB矩形波导功分/功合模块的 对称平面上，且该四个功率放大模块关于两个3dB矩形波导功分/功合模 块对称平面的中心对称分布，每个功率放大模块的两端分别连接一个微带 探针，微带探针的另一端插入3dB矩形波导功分/功合模块与3dB矩形波 导功分/功合模块耦合。

上述方案中，所述每个3dB矩形波导功分/功合模块由一个波导分支 器和两个波导分支构成，用于实现3dB功率的分配与合成，且3dB矩形波 导功分/功合模块、波导分支器和波导分支均为上下两部分共同构成。

上述方案中，所述两个3dB矩形波导功分/功合模块分为上下两层安 装在八个微带探针之间，上下两层对称安装。

上述方案中，所述3dB矩形波导功分/功合模块是MMIC芯片，或是 内匹配功率管。

上述方案中，所述波导分支为E面分支，波导分支的宽度为主波导宽 度的1/2。

上述方案中，所述主波导宽度为7.9mm，波导分支的宽度为3.95mm。

上述方案中，所述微带探针由波导分支的侧壁插入，每个波导分支被 插入两个微带探针，微带探针平面平行于波导分支的窄边，微带探针一侧 在波导分支内用以耦合微波能量，另一侧连接功率放大模块。

上述方案中，所述微带探针与波导分支之间的连接关系关于功率放大 模块左右对称，四个功率放大模块分为上下两层安装在八个微带探针之 间。

上述方案中，所述微带探针与波导短路面的距离为工作频段中心频率 1/4波长的0.6～0.8倍，微带探针深入波导的距离为波导分支宽度的0.7～0.9 倍。