[发明专利]一种小型化高功率功率放大器

说明书

本发明公开了一种小型化高功率功率放大器，包括有低轮廓波导分路器、合成器和至少两个由卡叠加组成的空间合成标准放大器模块，分路器的输出端口通过空间合成标准放大器模块与合成器的输入端口连接，所述合成器输入端口、分路器输出端口与放大器模块的个数相同。本发明首先对由卡叠加组成的空间合成放大器模块进行标准化，利用低轮廓的波导接口降低模块高度；再与低轮廓分路器、合成器进一步的组合，将多个输出信号统一汇总到输出端口，实现了在尺寸受限时仍能提高总输出功率，同时保持低损耗，并实现良好的扩展性；并在低轮廓分路器采用微带功分器，进一步降低长度，实现小型化。本发明作为一种小型化高功率功率放大器可广泛应用于通信领域。

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其是一种小型化高功率功率放大器。

背景技术

随着通信技术的不断发展，人们对随时互联互通的需求越来越强。在人口稠密的城市，无线通信的发展可以较好地满足人们对通信的需求。但是，由于无线信号传输距离的限制，每个无线基站设备只能够为几公里范围内的用户服务，对于偏远的乡村等人口稀疏的地方，要提供良好的网络覆盖需要架设大量的基站，导致成本大大提升。此外，无线基站还有空中、海上等大量无法覆盖的区域。同时，当发生自然灾害时，实现无线基站数据回传的光纤受到破坏，也会导致通信的中断。卫星通信系统能够在这些领域弥补无线通信的不足。

由于卫星通信信号传输距离远，导致信号传输衰减很大。为保证接收机能到有效地接收，发射机的发射功率就要远大于传统的无线通信。特别是随着带宽需求地不断增加，发射功率需要随之进一步提高。因此，功率放大器成为通信发射机中最关键的部件。新兴的半导体功率放大器以其寿命长、使用成本低的特点，逐步成为卫星通信功率放大器的主流产品。

在微波波段基于砷化镓半导体技术的微波芯片的输出功率只有几瓦，而很多通信系统随着数据量的增加和调制方式的提高，需要有更高的线性输出功率，对于系统输出功率的能力往往要达到100瓦以上，两者有几乎两个数量级（100倍）的差距。因此，仅仅依靠单个芯片难以提供足够的输出功率。只有将大量芯片的输出功率合成在一起，才能够实现真正的高功率放大器。

目前主要的合成器采取平面合成的方式，即所有的芯片都放在同一个平面上，这种传统的基于平面的合成器很难有效降低合成损耗，因而合成效率和合成功率并不理想，而且没有对于高频端的寄生效应优化手段，具有损耗大、传输带宽窄、功率承受能力低的缺点，不适合于大功率合成和高频应用。

基于波导的空间合成技术虽然弥补了平面合成器的部分不足，具有较高的合成效率，但由于常见的空间合成技术基于标准波导接口设计，结构尺寸大。而且由于波导内的空间有限，能够合成的芯片数量有限，导致功率达不到更高的水平。因此，如何实现更高的输出功率，而且保证放大器的小型化，特别是实现低轮廓一直是业界的难题。

如图1所示，常见的空间合成功率放大器的基本单元为“卡”。一个卡上有多个功率器件，还有接收天线、发射天线以及支撑结构。多个卡按照一定的方式叠合，使得接收天线与发射天线各自满足同幅同相条件就能实现功率在空间中的合成。

在进行空间合成时，常见的方法是采用卡的方式进行叠加。每张卡的中间有一段开口区域，天线就放置在这段开口区域上。然后将多张卡叠加在一起，开口区域就连在一起形成标准的波导腔，而天线则形成沿着平行窄边方向排列的天线阵列。

如图2所示，多张卡叠加后可以形成与标准波导端口匹配的输入端口。显而易见，每张卡上的功率放大器芯片越多，或者叠合的卡越多，那么功放的输出功率就越高。但由于每张卡的厚度又受限于上面器件的高度，不能过薄，而标准波导口的尺寸有限，因此可以叠加的卡数量也就受限，无法任意增加。

因此实现小型化，特别是低轮廓与高输出功率对于空间合成功率放大器来说是矛盾的两个方面。如果减少卡上功率芯片的数量，降低卡的高度，实现小型化，特别是低轮廓，那么必然这样就限制了可以进行功率合成的芯片的总数量，也就无法实现更高的输出功率。