一种空气微带高隔离径向功率合成放大器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种空气微带高隔离径向功率合成放大器，包括两个宽带空气微带高隔离的径向功率分配/合成器和至少一个功率放大器模块。所述宽带空气微带高隔离的径向功率分配/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。本实用新型专利技术的宽带空气微带高隔离的径向功率合成放大器能实现一分多路、单模工作、宽带、高效率的功率合成。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术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的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的径向功率分配/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，本技术是通过下述技术方案予以实现一种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的径向功率分配/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的径向功率分配/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的径向功率分配/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的径向功率分配/合成器作为功率分配器，另一个宽带空气微带高隔离的径向功率分配/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的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。所述薄膜电阻片覆盖在所述空气微带线导带的底部；所述薄膜电阻片可以有效抑制高次模式，实现输出匹配与输出端口之间的高隔离特性；所述薄膜电阻片是在一块介质基片的一侧镀上薄膜电阻形成的；所述薄膜电阻片的阻值由公式Z = 4/2确定，其中,Ztl为每个输出波导的阻抗。所述薄膜电阻片的阻值由奇偶模法根据输出端口匹配和端口之间的高隔离特性确定，假定每个输出波导的阻抗为Ztl，则薄膜电阻片的阻值Z的初值可按如下公式确定z = IJ2,由于场的不连续性，需要对薄膜电阻片的阻值进行优化。所述输入波导与径向波导之间还包括第一匹配过渡结构、径向波导与径向空气微带线之间还包括第二匹配过渡结构、径向空气微带线与输出波导之间还包括第三匹配过渡结构，所述第一、第二、第三匹配过渡结构用于实现宽带阻抗匹配，均为腔体结构，所述匹配结构可以由以下匹配结构之一实现单节四分之一阻抗变换器、多节四分之一阻抗变换器、切比雪夫阻抗变换器和渐变传输线。所述宽带空气微带高隔离的径向功率分配/合成器为全波导结构。所述功率分配器和功率合成器的输入输出端口均为波导端口。本技术提供的宽带空气微带高隔离的径向功率合成放大器中的宽带空气微带高隔离径向功率分配/合成器的工作原理如下当微波信号进入输入波导后通过波导-同轴的转换器将信号传输到场分布是圆对称的同轴线中，同轴线在径向波导的中心位置馈入信号，信号在径向波导中沿着径向传播，馈入到空气微带线中，最后传输到矩形波导输出。为了实现宽带匹配特性，输入波导与径向波导之间，径向波导与径向微带线之间，径向空气微带线与输出波导之间分别设计了第一、第二、第三匹配过渡结构。径向空气微带线导带底部设置了薄膜电阻，用于实现输出端口之间的匹配和端口之间的隔离特性，同时吸收掉一些高次模，即电流方向为横向的模式，有效的抑制高次模式。本技术的宽带空气微带高隔离的径向功率合成放大器是利用上述宽带空气微带高隔离的径向功率分配/合成器构成的功率合成放大器。这种功率合成放大器包括一个功率分配器，至少一个功率放大模块，一个功率合成器。所述功率分配器和功率合成器的结构形式都是宽带空气微带高隔离径向功率分配器，功率合成器只是将功率分配器反过来应用而已。该功率合成器与功率分配器呈现上下镜像对称形式。功率放大模块位于功率分配器和功率合成器之间，功率放大模块的输入口连接功率分配器的输出口，输出口连接功率合成器的输入口。功率放大模块的形式并不固定，只需满足上述端口要求。功率放大模块为波导端口，这时可以结合其余高性能的功率合成结构，例如可以 在功率放大模块中结合耦合器结构或者魔T结构等。与现有的技术相比，本技术具有如下优点I、本技术提供的宽带功率合成放大器包含的宽带空气微带高隔离的径向功率分配器/合成器，可以实现一分多路、单模工作、宽带、低损耗、高隔离的功率分配/合成。2、本技术提供的宽带空气微带高隔离的径向功率合成放大器，其功率分配/合成器通过设计空气微带线，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：褚庆昕，龚志，康智勇，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：实用新型
国别省市：