[发明专利]一种功率合成器

说明书

技术领域

本发明属于高频无源器件领域，更具体地，涉及一种功率合成器。

背景技术

无线通信技术已经渗透到生活中各个方面，成功应用于工农业、军事国防、智能家居、机器人控制等许多重要领域。由于人们活动领域的扩大，近距离通信已经不能满足人们的需求，高性能、远距离无线通信是未来的发展趋势。无线发射设备中，为了保证足够远的传输距离，信号必须经过一系列的放大器直至获得足够大的发射功率，通过射频天线发射出去。然而，一般功率管输出功率是有限的，无法满足远距离传输的需求，采用特殊工艺设计的功率管虽然可以达到设计要求，可是设计成本大大增加。在功率放大器的设计中采用功率合成技术将多路输出功率进行同相叠加，是获得更高输出功率的有效途径和关键技术之一，因此，功率合成器在射频领域，尤其是到大功率发射机中的重要性尤其突出。

现在国际上功率合成器主要有：采用Wilkinson技术的功率合成器，将两路放大器的输出由Wilkinson合成器合为一路，但由于该结构采用四分之一波长传输线，很难用集成电路实现；2011年ISSCC会议上三星电机美国公司研究员Woonyun Kim，针对GSM和EDGE手机设计，在CMOS中集成的一个四频段功率放大器，采用了功率合成器，最大输出功率达到2W以上；关于功率合成器的设计，美国佐治亚理工学院也提出了相应的解决方案，Kyu Hwan An、Jihwan Kim等人对功率合成器的三种结构PCT、PST和PSCT进行了详细的理论分析，并成功应用于线性和非线性功率放大器的设计。

但是，以上Woonyun Kim、Kyu Hwan An等人设计的功率合成器面积大，结构复杂，设计难度大，需要用到多层金属走线，增加了过孔引起的损耗，导致功率合成器的效率下降，影响功率放大器的性能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种功率合成器，其目的在于提高功率放大器的性能，由此解决现有功率合成器面积大，结构复杂，设计难度大，需要用到多层金属走线，增加了过孔引起的损耗，导致功率合成器的效率下降，影响功率放大器的性能等技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种功率合成器，其特征在于，包括N个弧形传输线变压器和N-1个传输线，每一个弧形传输线变压器包括主线圈和次线圈，共有N个主线圈和N个次线圈，每一个主线圈的两端作为功率合成器的输入端口，N个次线圈分别通过N-1个传输线依次串联连接，两个次线圈的非串联连接端作为功率合成器的输出端口；N为大于等于2的正整数。

更进一步地，当N为2时，所述功率合成器包括：第一半圆弧形传输线变压器、第二半圆弧形传输线变压器和传输线；第一半圆弧形传输线变压器包括第一主线圈和第一次线圈；第二半圆弧形传输线变压器包括第二主线圈和第二次线圈；第一主线圈的两端和第二主线圈的两端均作为所述功率合成器的输入端口，第一主线圈的中点和第二主线圈的中点作为电源输入端；第一次线圈的一端通过所述传输线与所述第二次线圈连接，所述第一次线圈的另一端和所述第二次线圈的另一端作为所述功率合成器的输出端口。

更进一步地，当N为3时，所述功率合成器包括：第一弧形传输线变压器、第二弧形传输线变压器、第三弧形传输线变压器、第一传输线和第二传输线；第一弧形传输线变压器包括第三主线圈和第三次线圈；第二弧形传输线变压器包括第四主线圈和第四次线圈；第三弧形传输线变压器包括第五主线圈和第五次线圈；每一个主线圈的两端作为所述功率合成器的输入端口，每一个主线圈的中点作为电源输入端；所述第三次线圈的一端通过所述第一传输线与所述第四次线圈的一端连接，所述第五次线圈的一端通过所述第二传输线与所述第四次线圈的另一端连接；所述第三次线圈的另一端与所述第五次线圈的另一端分别作为所述功率合成器的两个输出端口。