[实用新型]多路径向波导功率合成放大器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种多路径向波导功率合成放大器，适用于微波毫米波的功率合成放大。

背景技术

随着现代无线电通信（如GPS, WLAN, SAR, LMDS, Bluetooth, and PCS）需求的不断增加，射频频谱已经拥挤不堪。因此，必须开发更高的频谱资源。然而，随着工作频率的不断升高，特别是进入微波毫米波频段后，单个固态器件的功率输出能力却大大降低，远不能满足通信系统的要求。因此，如果在微波毫米波领域，仍想采用有固态通信技术，就必须采用功率合成技术来提高系统的功率输出能力。传统的平面电路功率合成技术，由于合成功率有限、合成效率低、工作带宽窄、散热差，等一些固有的缺陷己不再适用。要突破固态通信技术目前所遇到的这个技术瓶颈，开发优良的功率合成器是关键。功率合成器最重要的指标就是合成效率。影响合成效率最重要的因素就是插损和各路信号的幅相不一致性。一般情况下，各支路MMIC放大器芯片会采用同一厂家同一型号的单片放大器，它们的振幅和相位差异很小可忽略不计。当不考虑各支路有源器件本身振幅和相位差异时，那么产生振幅和相位差异的就只是无源合成网络了。所以，无源合成网络（功分器和合成器）的设计成为整个合成放大器设计的核心技术。如果能够保证合成网络各支路传输线类型、结构和长度相同，那么就可以保证各支路振幅和相位的一致。显然，对称结构的合成网络是保证振幅和相位一致性的理想结构。由径向波导功分器和合成器构成的空间功率合成网络就是一种高度对称的结构。另外，因径向波导合成网络属波导传输线类型，所以除具有振幅相位一致性优点外，还具有插入损耗小，功率容量大和工作带宽宽等优点。因此它具有其它传统功分/合成电路（如微带 Wilkson功分器、分支线耦合器等）无法比拟的优点。

发明内容

本实用新型的目的是为了突破固态通讯技术和雷达技术，在微波毫米波等高频率领域，所遇到的单个固态功率器件无法满足系统要求的技术瓶颈，提供一种多路径向波导功率合成放大器。

本实用新型包括径向波导功分器、径向波导功率合成器和放大器芯片阵列。

所述的径向波导功分器和径向波导功率合成器的结构完全相同，具体是：包括侧面金属壁、上金属壁、下金属壁；侧面金属壁为圆柱形的金属筒，上金属壁和下金属壁为直径与侧面金属壁外径相等的圆形金属片，上金属壁和下金属壁分别固定在侧面金属壁的两端，上金属壁的内表面、下金属壁的内表面和侧面金属壁的内侧面围合成圆柱形的径向波导腔；上金属壁外表面的中心固定设置有SMA接头，上金属壁内表面的中心设置有主同轴探针，主同轴探针穿过上金属壁与SMA接头的内导体固定连接，所述的主同轴探针为半径呈阶梯变化的圆柱形金属杆，其中位于径向波导腔内的端部为金属杆最大直径的部分；下金属壁上开有多个直径相同的通孔，每个通孔内嵌入直径相同的圆柱形的介质块，每个介质块与下金属壁圆心的距离相同，多个介质块的中心点围合成正多边形；与介质块数量相同的多个支路同轴探针穿过对应的介质块中心设置，所述的多个支路同轴探针规格和形状相同，均为半径呈阶梯变化的圆柱形金属杆，其中位于径向波导腔内的端部为金属杆最大直径的部分；所述的主同轴探针和支路同轴探针均与径向波导腔的轴线平行，且主同轴探针位于径向波导腔的轴线上。主同轴探针和支路同轴探针采用半径呈阶梯变化的圆柱形，可以起到阻抗变换的作用，可有效地展宽工作带宽，降低反射损耗。

所述的放大器芯片阵列包括一个正多边形的金属柱，金属柱的侧面数量与支路同轴探针的数量相同，金属柱的每个侧面的中央位置固定设置有一个固态功率放大器芯片；固态功率放大器芯片采用成熟的现有产品，直接购买即可。

径向波导功分器和径向波导功率合成器分别固定在放大器芯片阵列的两端，径向波导功分器的每个支路同轴探针的最小直径端与放大器芯片阵列上相应侧边上的固态功率放大器芯片输入端的微带线相连接，径向波导功率合成器上的每个支路同轴探针的最小直径端与放大器芯片阵列相应侧边上的固态功率放大器芯片的输出端的微带线相连接。

本实用新型相对于现有技术具有如下优点和效果：

1、本实用新型的结构属于同轴和径向波导结构，因此工作带宽较宽，功率容量大；

2、本实用新型具有较高的轴对称性，因此各支路幅相一致性很高，所以合成效率也很高；

3、被合成的放大器芯片个数，只要体积允许是不受限制的，既可为奇数也可为偶数，而且个数的增加对合成效率几乎没有影响；

4、各路信号之间的距离可以调节能够保证有足够空间放置放大器芯片；

5、有较好的热沉，便于散热；