[发明专利]宽带空气微带高隔离径向功率合成放大器

说明书

技术领域

本发明涉及用于微波和毫米波频段的功率合成技术，尤其涉及一种宽带空气微带结构的高隔离度(端口之间的耦合系数小于-20dB以下可称为高隔离度)的径向功率合成放大器。

背景技术

在微波高端和毫米波频段，随着频率的提高，半导体固态器件的尺寸减小、功率容量下降、单个器件的输出功率难以满足通信电子系统需求，人们提出了将多个固态器件的功率合成的方式来实现大功率固态功率器件。功率合成网络的性质直接决定了合成放大器的性质，因此功率合成技术的关键是功率合成网络的性质，研究的重心是探索哪种合成网络拓扑结构可以实现最大效率的宽带大数目的功率合成。

在各种功率合成网络拓扑结构中，径向功率分配/合成器一直是人们的关注热点，各种径向结构被提出并应用于功率合成技术中。径向功率分配/合成器的起源可以追溯到上世纪六十年代威尔金森提出的N路功分器，后来该功分器以其名字命名，并被广泛使用。径向功率分配/合成器往往是通过圆对称传输线(如同轴线)在一个圆盘结构的中心馈入输入信号，然后在圆盘结构的周围引出多个输出端口。圆盘结构和输出端口的形式有很多种，整体来说有谐振型结构和非谐振型结构，前者的圆盘结构为一封闭腔体，后者则为开放式结构。

径向功率分配/合成器的最大优点是可以一次性完成大数目的功率分配/合成，插入损耗基本不受合成路数的影响，因此该结构特别适合于大数目的功率合成放大器。同时径向功率分配/合成器在结构上的对称性保证了功率分配在幅度和相位上的一致。在毫米波波段，径向功率分配结构需要既保证很小的插入损耗，同时又能抑制高次模式。这些性能的实现在一些专利中已经提到一些方法，如专利US4673899采用纯波导结构保证小插入损耗，同时在径向波导表面开槽实现高次模式抑制；专利US4926145也是采取波导结构，在输入同轴线和径向波导表面均开槽，在槽表面覆盖吸波材料实现高次模式抑制。

不过，以往结构中都没有实现能应用于毫米波波段的输出端口匹配且隔离的径向功率分配/合成器。而端口匹配且隔离的功率分配/合成器中间的有源器件单元相互独立，可以有效避免合成放大器自激等问题。同时，高隔离分配器也会使得合成放大器的失效特性良好，即当存在有源器件单元损毁时，其余单元仍可以正常工作，输出功率只会按一个可预测的比例掉落。因此有必要研究一种能应用于毫米波波段，可实现多路、宽带、高效率的输出端口匹配且隔离的径向功率合成放大器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供了一种宽带空气微带高隔离径向功率合成放大器，该结构通过一分多路、单模工作、宽带、低损耗、高隔离的径向功率分配/合成器来实现。利用该宽带空气微带高隔离径向功率分配/合成器，进而在毫米波高端和微波波段实现多路、宽带、高效率的功率合成放大器。

为了达到上述目的，本发明是通过下述技术方案予以实现：一种宽带空气微带高隔离径向功率合成放大器，其特征在于：由两个宽带空气微带高隔离径向功率分配/合成器和至少一个功率放大器模块构成；所述宽带空气微带高隔离径向功率分配/合成器包括输入波导、输入波导与径向波导之间的同轴过渡结构、径向波导、径向空气微带线，以及至少一个输出波导；所述径向波导在其中心位置通过同轴探针过渡结构与输入波导进行连接；所述径向波导的周围连接有径向分布的空气微带线，相邻空气微带线之间贴有薄膜电阻片；所述每条空气微带线分别连接一个输出波导；

所述两个宽带空气微带高隔离径向功率分配/合成器和至少一个功率放大器模块按如下方式连接：其中一个宽带空气微带高隔离径向功率分配/合成器作为功率分配器，另一个宽带空气微带高隔离径向功率分配/合成器作为功率合成器，所述功率合成器在结构形式上与功率分配器一致，其应用方式与功率分配器相反；外部输入连接所述功率分配器的输入波导，所述功率分配器的每个输出波导连接一个功率放大器模块的输入口，该功率放大器模块的输出口对应连接功率合成器的一个输出波导，功率合成器的输入波导作为宽带空气微带高隔离径向功率合成放大器的输出口。由于功率合成器与功率分配器应用方式相反，上述方案中的功率合成器的每个输出波导作为宽带空气微带高隔离径向功率合成器的输入。

更进一步地说，所述径向空气微带线的导带的形成方式是在平整导体上以开槽的方式形成的；空气微带线的导带呈径向扩大形状。