半导体功率放大器和天线一体化的多层发射模块制造技术

本发明专利技术属于微波工程技术领域，具体为一种半导体功率放大器和天线一体化的多层发射模块。包括介质板，其上表面有依次连接的输入传输线单元、半导体功率放大器单元、第二输出传输线单元、阻抗过渡单元和第一输出传输线单元，同半导体功率放大器单元连接直流供电单元，以及第一层地；其中间各夹层的结合面依次设有中间层地组和末层层地；其底面设有微带天线；第一层地和中间层地组连接，第一输出传输线单元和微带天线连接。本发明专利技术，缩短传输路径，优化设计传输线及其连接，显著降低了结构尺寸和路径损耗,并且体积紧凑。

Semiconductor power amplifier and antenna integrated multilayer transmitter module

The invention belongs to the field of microwave engineering technology, in particular to a semiconductor power amplifier and an antenna integrated multi-layer transmitting module. It includes an input transmission line unit, a semiconductor power amplifier unit, a second output transmission line unit, an impedance transition unit and a first output transmission line unit on the upper surface, which are connected with the DC power supply unit with the semiconductor power amplifier unit and the first layer of the interlayer. The middle layer and the end layer are arranged in turn; the bottom is provided with a microstrip antenna; the first layer is connected with the middle layer, and the first output transmission line unit is connected with the microstrip antenna. The invention shortens the transmission path, optimizes the design of the transmission line and its connection, significantly reduces the structure size and path loss, and is compact in volume.

【技术实现步骤摘要】
半导体功率放大器和天线一体化的多层发射模块
本专利技术属于微波工程
，具体涉及一种半导体功率放大器和天线一体化的多层发射模块。
技术介绍
微波输能系统（WirelessPowerTransmission，WPT）最先是为军事应用和太空电站而研发的。与电磁感应和磁谐振相比，WPT工作在高频（2.45GHz和5.8GHz），具有传输距离远的优点。目前民用无线输能的主要方式仍然限于接触式，因此能远距离无线输能的WPT开始成为室内无线输能的研究热点，这就对WPT的尺寸和成本提出了要求。经对现有技术的文献检索发现，2013年6月PaulJaffe等人在ProceedingsoftheIEEE（电气与电子工程师协会会报）第101卷第6期上发表了“EnergyConversionandTransmissionModulesforSpaceSolarPower（空间太阳能的能量转换和传输模型）”，文中使用了氮化镓功率放大器，实现了在2.45GHz处的15瓦输出功率。检索中还发现，2015年7月XinWang等人在IEEEANTENNASANDWIRELESSPROPAGATIONLETTERS（微波和无线传播快报）第13卷上发表了“WirelessPowerDeliverytoLow-PowerMobileDevicesBasedonRetro-ReflectiveBeamforming（基于重反射波束赋形的低功耗移动设备无线输能传输）”，文中的发射端采用了砷化镓功率放大器，输出功率为1瓦（2.108GHz），具有对移动目标跟踪的能力。这些工作中的功率放大器和天线是分立的，使用同轴线进行连接。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种尺寸小，损耗小的半导体功率放大器和天线一体化的多层发射模块，使其能够解决现有微波输能发射端尺寸过大、路径损耗大的不足。本专利技术所提供的半导体功率放大器和天线一体化的多层发射模块，包括一个起支撑作用的多层的介质板4和一个输入端口；所述介质板4的顶面上设有输入传输线单元（1）、第一层地3、第一输出传输线单元6、阻抗过渡单元7、第二输出传输线单元8、半导体功率放大器单元9和直流供电单元12；所述输入传输线单元（1）、半导体功率放大器单元9、第二输出传输线单元8、阻抗过渡单元7和第一输出传输线单元6依次连接，所述直流供电单元12同半导体功率放大器单元9连接；所述介质板4中间各夹层的结合面从上而下依次设有中间层地组10和末层层地11；所述中间层地组10包含有若干个层地，所述末层层地11设置于介质板4中间所有夹层的最后一层；所述介质板4的底面设有微带天线13；所述介质板4上还设有若干个贯穿第一层地3和中间层地组10的过孔2，第一层地3和中间层地组10的各层地通过过孔2连接起来，为电路电流提供回流路径；所述介质板4上还设有一个贯穿整介质板4的通孔5，第一输出传输线单元6和微带天线13通过通孔5连接，且不同其他各层地层连接。本专利技术中，所述第一层地3铺设于介质板4的顶面的局部区域，中间层地组10位于第一层地3对应的正下方；末层层地11则铺满整个夹层，作为微带天线13的地平面。本专利技术中，所述中间层地组10的层地数量优选2~8个；具体层数按照设计需求和成本决定。本专利技术中，所述第二输出传输线单元8的宽度小于第一输出传输线单元6的宽度。本专利技术中，所述末层层地11上设有一个与通孔5同圆心的圆形缝隙14，以此使第一输出传输线单元6尾端和微带天线13通过通孔5连接时，能避开末层层地11。本专利技术中，输入传输线单元（1）和半导体功率放大器9输入管脚相连，半导体功率放大器9输出管脚和第二输出传输线单元8相连，第二输出传输线单元8、阻抗过渡单元7和第一输出传输线单元6；第一输出传输线单元6的尾端和通孔5相连。本专利技术中，所述的输入传输线单元（1）、第二输出传输线单元8、直流供电单元12、第一层地3、中间层地组10、末层层地11、过孔2、通孔5、阻抗过渡单元7、第一输出传输线单元6和微带天线13均为导体。本专利技术中，所述的圆形缝隙14是在末层层地11上刻蚀去圆形，而形成的圆形缝隙结构。本专利技术中，所述的输入传输线单元（1）外接信号源，外加的激励信号通过半导体功率放大器9，实现对信号进行放大；半导体功率放大器9通过第二输出传输线单元8、阻抗过渡单元7、第一输出传输线单元6、通孔5连接到微带天线13，实现信号的定向空中传输。本专利技术中，所述的输入传输线单元（1）和第二输出传输线单元8是50ΩCPW结构，第一输出传输线单元6是50Ω均匀微带线。本专利技术中，所述微带天线13为-10dB带宽覆盖5.77GHz-5.83GHz。本专利技术中，所述介质板4的介电常数为2.2。本专利技术采用半导体功率放大器件和天线一体化设计，与传统的功率放大器和天线分立结构相比，缩小了结构尺寸。本专利技术通过正面的半导体功率放大器实现信号的高效放大，通过优化传输线和过孔的结构尺寸实现低损耗的传输；通过优化天线尺寸实现低损耗的空中传输。本专利技术覆盖5.8GHz并在5.8GHz处产生的衰减小于-20dB，通过半导体功率放大器和天线一体化设计，缩短传输路径，优化设计传输线及其连接，显著降低了结构尺寸和路径损耗,并且体积紧凑。附图说明图1为本专利技术多层发射模块的正面结构示意图。图2为本专利技术多层发射模块的反面结构示意图。图3为本专利技术多层发射模块的频率特性示意图。图中标号：1为输入传输线单元，2为过孔，3为第一层地，4为介质板，5为通孔，6为第一输出传输线单元，7为阻抗过渡单元，8为第二输出传输线单元，9为半导体功率放大器单元，10为中间层地组，11为末层层地，12为直流供电单元，13为微带天线，14为圆形缝隙。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例包括：包括一个起支撑作用的介质板，一个输入端口，输入端口位于介质板的正面。输入端口和输入信号连接。所述介质板4的正面有：输入传输线单元（1）、半导体功率放大器单元9、第二输出传输线单元8、直流供电单元12、第一层地3、若干个连接第一至末层层地的过孔2、连接第一层地3和底层的微带天线13的通孔5、阻抗过渡单元7和第一输出传输线单元6。介质板4的底面有：通孔5的开孔和微带天线13；介质板4内部设有四个夹层，第二、三、四层地作为中间层地组10，设置于上面三层夹层上，第五层地（即末层层地11）设置于第四层夹层上，介质板4内部还设有连接第二、三、四、五层地的过孔2、连接第1、6层的通孔5、末层层地11上与通孔5共圆心的圆形缝隙14。如图2所示。输入传输线单元（1）和半导体功率放大器单元9相接，输出传输线单元8和半导体功率放大器单元9相接；半导体功率放大器单元9和直流供电单元12相接；第二输出传输线单元8和阻抗过渡单元7相接，阻抗过渡单元7和第一输出传输线单元6相接；第一输出传输线单元6通过通孔5和微带天线13连接。第一、二、三、四、五层地通过过孔2连接在一起；第五层地上有与通孔5共圆心的圆形缝隙14。所述的输入传输线单元（1）和第二输出传输线单元8是CPW结构，通过优化中间微带线宽度和其与两侧地之间缝隙的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体功率放大器和天线一体化的多层发射模块，其特征在于，包括一个起支撑作用的多层的介质板（4）和一个输入端口；所述介质板（4）的顶面上设有输入传输线单元（1）、第一层地（3）、第一输出传输线单元（6）、阻抗过渡单元（7）、第二输出传输线单元（8）、半导体功率放大器单元（9）和直流供电单元（12）；所述输入传输线单元（1）、半导体功率放大器单元（9）、第二输出传输线单元（8）、阻抗过渡单元（7）和第一输出传输线单元（6）依次连接，所述直流供电单元（12）同半导体功率放大器单元（9）连接；所述介质板（4）中间各夹层的结合面从上而下依次设有中间层地组（10）和末层层地（11）；所述中间层地组（10）包含有若干个层地，所述末层层地（11）设置于介质板（4）中间所有夹层的最后一层；所述介质板（4）的底面设有微带天线（13）；所述介质板（4）上还设有若干个贯穿第一层地（3）和中间层地组（10）的过孔（2），第一层地（3）和中间层地组（10）的各层地通过过孔（2）连接起来，为电路电流提供回流路径；所述介质板（4）上还设有一个贯穿整介质板（4）的通孔（5），第一输出传输线单元（6）和微带天线（13）通过通孔（5）连接，且不同其他各层地层连接。...

【技术特征摘要】
1.一种半导体功率放大器和天线一体化的多层发射模块，其特征在于，包括一个起支撑作用的多层的介质板（4）和一个输入端口；所述介质板（4）的顶面上设有输入传输线单元（1）、第一层地（3）、第一输出传输线单元（6）、阻抗过渡单元（7）、第二输出传输线单元（8）、半导体功率放大器单元（9）和直流供电单元（12）；所述输入传输线单元（1）、半导体功率放大器单元（9）、第二输出传输线单元（8）、阻抗过渡单元（7）和第一输出传输线单元（6）依次连接，所述直流供电单元（12）同半导体功率放大器单元（9）连接；所述介质板（4）中间各夹层的结合面从上而下依次设有中间层地组（10）和末层层地（11）；所述中间层地组（10）包含有若干个层地，所述末层层地（11）设置于介质板（4）中间所有夹层的最后一层；所述介质板（4）的底面设有微带天线（13）；所述介质板（4）上还设有若干个贯穿第一层地（3）和中间层地组（10）的过孔（2），第一层地（3）和中间层地组（10）的各层地通过过孔（2）连接起来，为电路电流提供回流路径；所述介质板（4）上还设有一个贯穿整介质板（4）的通孔（5），第一输出传输线单元（6）和微带天线（13）通过通孔（5）连接，且不同其他各层地层连接。2.如权利要求1所述的半导体功率放大器和天线一体化的多层发射模块，其特征在于，所述第一层地（3）铺设于介质板（4）的顶面的局部区域，中间层地组（10）位于第一层地（3）对应的正下方；末层层地（11）则铺满整个夹层，作为微带天线（13）的地平面。3.如权利要求1或2所述的半导体功率放大器和天线一体化的多层发射模块，其特征在于，所述中间层地组（10）的层地数量为2~8个。4.如权利要求1或2所述的半导体功率放大...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟永卫，杨国敏，刘轶，郑立荣，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海,31