[实用新型]一种对称耦合波导行波功率合成放大器

说明书

技术领域

本实用新型涉及用于微波和毫米波系统的固态功率放大器，尤其涉及一种基于对称耦合结构的波导行波功率合成放大器。

背景技术

在微波毫米波电子系统中，利用功率放大器实现大功率输出有着至关重要的作用。传统的速调管和行波管功率放大器虽然可以提供较高的输出功率，但除了工艺实现上的难度外，应用上也存在具体问题，比如工作电压很高(数十千伏)，可靠性低，器件尺寸、重量很大，加个昂贵等缺陷，限制了它在微波毫米波通信系统的广泛使用。微波毫米波固态器件具有直流功耗低、可靠性高、电路结构紧凑、尺寸小和重量轻等优点，因而倍受人们关注，应用日益广泛。但相对于电子器件，单个固态器件输出功率由于受自身半导体物理特性的影响以及加工工艺、散热问题、阻抗匹配等问题限制而远远达不到功率应用的要求。目前还难以生产出大功率、低噪声和低价格的微波毫米波固态功率器件，因而无法满足大功率电子通信系统的要求。

为了解决这一问题，人们研究了采用多个固态器件进行功率合成的方法来获得高功率输出。目前，功率放大合成技术主要有电路功率合成技术和空间功率合成技术两类。传统的电路功率合成技术，如wilkson功分器、Lange耦合器和分支线耦合器等，结构简单、容易实现，但是，当合成路数很多时，分配/合成网络会很庞大，当工作频率高达微波高端或毫米波波段时，损耗会很大，损耗的功率甚至可能抵消了放大的功率，因此多路电路合成技术效率通常很低。为了克服电路功率合成的缺陷，各种新型功率合成技术不断出现，在过去十几年所尝试的各种方法中，空间功率合成技术得到了广泛的研究和发展。空间功率合成技术将功率分配/合成网络用空间电磁波替换，空间电磁波可以是准光波束或波导场模式，有源阵列接收、放大、发射电磁波，形成大功率输出，因此空间功率合成技术具有效率高、体积小的优势，成为近十年来的研究热点，有着广泛的应用。

但是，空间功率合成放大技术，尤其是波导空间功率合成，在毫米波波段由于空间有限，难以放置多路放大器芯片，因此限制了更大功率的形成，同时拥挤的空间也给大功率放大器的散热带来困难。近几年，还相继报道了一些行波型波导功率合成结构(简单原理图如图1)。这种结构沿着输入波导的电磁场传播方向垂直插入多路耦合结构，电磁波从输入波导进入后，在传播的过程中依次地把功率馈入多路耦合结构。同时利用匹配膜片，使得波导中电磁场传播时在每个耦合结构处都无反射，实现行波传输。耦合结构与放大器电路相连接，经过放大后的功率又依次馈入输出波导，在波导输出端口等幅同相输出，实现功率合成。然而，已见报道的各种波导行波功率合成结构的合成路数还不够多，相对带宽较窄，或工作频段不高，尚不能实现微波高端或毫米波的大功率输出。例如，在美国专利US6828875B2中，就提出了一种类似的开槽波导型功率合成放大器结构；该放大器结构沿着输入波导传输方向在宽边表面开一系列缝隙，电磁场通过缝隙耦合进入微带，放大后再通过缝隙耦合进入输出波导，但是该放大器不能保证工作于行波模式，信号从输入波导输入后，在耦合结构处将形成反射，这是一种驻波谐振腔结构，其带宽较窄。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有波导行波功率合成结构合成路数较少、带宽较窄等缺点，提供一种对称耦合波导行波功率合成放大器，该合成放大器可提供微波高端和毫米波波段的高功率输出，适用于各种通信与电子系统的需要，解决了现有功率合成放大器在微波高端或毫米波波段合成路数不多、带宽较窄等问题。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种对称耦合波导行波功率合成放大器，包括输入波导、输出波导，和分别与输入波导、输出波导连接的多级耦合结构，以及与多级耦合结构一一对应连接的多级放大器；所述多级耦合结构垂直设置在输入波导和输出波导的行波方向，每级耦合结构设有多路耦合单元；除最末一级耦合结构之外，每级耦合结构处设有匹配元件；从输入波导输入的微波功率按一定比例依次馈入多级耦合结构中的各路耦合单元。

所述多级耦合结构处于输入波导的一侧宽边上距离该侧宽边中心线对称的位置。

所述耦合结构共有四级，每级耦合结构均含有两路耦合单元。

所述多级耦合结构在输入波导的两侧宽边上对称设置；所述对称耦合波导行波功率合成放大器还包括两个用于对功率进行一次合成的减高波导和一个用于对功率进行二次合成的E-T分支，其中减高波导设置在输入波导的两侧宽边上且分别与耦合结构的输出端、E-T分支的输入端连接，E-T分支的输出端与输出波导连接。

所述减高波导窄边为输入波导窄边的一半。

所述耦合结构共有四级；每级耦合结构均含有四路耦合单元。