[实用新型]高合成效率的毫米波段功率放大器

说明书

技术领域

本实用新型是一种应用于微波毫米波系统的功率合成放大器实现方法及实现装置，属于微波毫米波技术领域。

背景技术

在毫米波频段，由于受微波单片集成电路(MMIC)工艺水平的限制，单个MMIC功放芯片所能提供的最大输出功率往往不能满足系统设计要求。解决这个问题的有效途径就是采用功率合成技术来构建发射机的末级功率放大器。以往的研究表明，随着功率放大器中MMIC器件个数的增加，空间功率合成比平面功率合成具有更高的合成效率。然而，空间功率合成电路的设计和制作都比较复杂，生产成本也比较高。

基片集成波导(SIW)是近年来兴起的一种新型导波技术。利用这项技术，可以通过在上下面敷铜的低损耗介质基片加入两排金属化通孔阵列，来实现传统的矩形金属波导的功能。由于它的传播特性与矩形金属波导类似，所以具有高Q值、低损耗、高功率容量等优点。同时由于基片集成波导是可用普通的印制板工艺实现的平面结构，并且通过调节印制板厚度或金属化通孔阵列间距的方式就可方便的控制传输信号的相位特性，因此利用该项技术设计的无源器件就会具有设计简单、加工成本较低、易于与其它平面电路实现无缝集成、调试和测试方便、便于大批量生产等优点。

发明内容

技术问题：本实用新型的目的是解决目前毫米波功率合成放大器技术方案中工作带宽较窄、设计复杂、加工精度要求高、器件安装不容易、生产成本较贵、电路的调试和测试比较困难等问题。提供一种设计简单、加工成本较低、易于生产、调试和测试的高合成效率的毫米波段功率放大器，促进基片集成波导技术在微波毫米波系统及设备中更好的应用。

技术方案：本实用新型的高合成效率的毫米波段功率放大器的基本组成单元是SIW功分合成单元，将n个输入对称尖劈过渡结构层叠在一起，沿输入波导紧密插入到输入波导中，将n个输出对称尖劈过渡结构层叠在一起，沿输出波导紧密插入到输出波导中；SIW功分合成单元作为柔性波导来使用，MMIC功放器件及其附件分别被安装在每个SIW功分/合成单元中间部位；利用基片集成波导具有和矩形金属波导相类似的传输特性和场分布特性，通过输入波导与n个等厚度的SIW功分合成单元上的输入对称尖劈过渡结构和输入基片集成波导组成n路功分器，通过n个等厚度的SIW功分/合成单元上的输出基片集成波导和输出对称尖劈过渡结构与输出波导组成n路合成器。

SIW功分合成单元从其一端至另一端顺序设有输入对称尖劈过渡结构、输入基片集成波导、基片集成波导-微带转换结构、MMIC功放器件、微带-基片集成波导转换结构、输出基片集成波导、输出对称尖劈过渡结构。输入基片集成波导和输出基片集成波导采用不等宽方案设计，保证各SIW功分合成单元传输相位一致。

有益效果：本实用新型提出的高合成效率的毫米波段功率放大器设计方案具有以下优点：

(1)良好的宽带特性。由于波导的传播主模为TE₁₀模，其沿波导窄壁的电场分量为零。而且，SIW的传播主模为类TE₁₀模。

(2)高合成效率。通过调节基片集成波导的宽度，可使功分器或合成器的每路输出或输入信号具有等幅、同相的特性。

(3)随着功放中功放芯片数量的增加，功率合成效率不会受到太大的影响。这个特性是由功放中功分/合成器的结构特点所保证的，其功率分配或功率合成分别在输入波导或输出波导内完成。

(4)具有良好的性能，便于设计、制作和与其它平面电路(包括有源器件)衔接。这是由于基片集成波导本身所具有的高Q值、低损耗、易集成和便于加工等特性。

附图说明

图1是本实用新型所采用的SIW功分/合成单元结构示意图。

图2是本实用新型所采用的高合成效率的毫米波段功率放大器结构示意图(顶视图)。

图3是本实用新型所采用的高合成效率的毫米波段功率放大器结构示意图(侧视图)。

图4是本实用新型的一种具体实施方式，高合成效率的毫米波段功率放大器的测试结果。

图5是本实用新型的一种具体实施方式，高合成效率的毫米波段功率放大器的功率合成效率计算结果。

以上的图中有：输入对称尖劈过渡结构1、输入基片集成波导2、基片集成波导-微带转换结构3、MMIC功放器件4、微带-基片集成波导转换结构5、输出基片集成波导6、输出对称尖劈过渡结构7、金属衬底8、SIW功分合成单元9、输入波导10、输出波导11、功分器12、合成器13、底座散热器14、上盖散热器15、金属衬底16。

具体实施方式