专利名称：Ku波段波导内空间功率合成的10路合成装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种空间功率合成技术，特别涉及一种Ku波段波导内空间功率合成 10路合成装置。
背景技术：
如今，一些军用和商用通信系统对高功率固态放大器的输出功率要求越来越 高，为了获得高功率的输出来满足这些系统的需要，可以提高基于半导体技术或者真空 微电子技术的单个功率器件的输出功率，也可以采用功率合成技术将多路固态器件的输 出功率进行同相叠加来获得想要的功率输出。但从成本和可靠性两方面考虑，功率合成 固态放大系统有着明显的优势。在已有的功率合成类别中，相对于芯片级和电路级功率 合成，空间功率合成的优势在于放大器的尺寸和合成效率不会随合成路数的增加而显著 增加，因此非常适合于合成路数大于4路的功率合成。波导内空间功率合成技术是由 A.Alexanian和R.A.York提出的，当时是在X波段采用2X4的MMIC功放阵列，实现了 2.4W的输出。2005年，O.Houbloss，D.Bourreau等人提出了 Ka波段波导内空间功率合 成结构，2X1空间合成放大器实现了 20dB的增益，在31GHz-36GHz之间，合成效率达 到85%。国内目前有微电子所在07年12月份研制出C波段的2X4层空间功率合成模 块，合成效率达到75%;西南电子技术研究所09年设计了一种基于BJ-140波导功分/合 成器与波导-微带双探针过渡相结合的4路空间功率合成网络，在Ku波段合成效率高于 86%,但该合成不是在波导内进行的，且波导功分/合成器与波导_微带双探针过渡相结 合的4路空间功率合成网络的体积大。目前还没有10路合成装置。
发明内容
本发明的技术问题是要在Ku波段(14 14.5GHz)在波导内实现10路功率合 成，且合成效率在80%以上的Ku波段波导内空间功率合成10路合成装置。本发明是在Ku波段进行的波导内10路合成。与国内其他空间功率合成的相关 研究相比，本发明的10路合成模式是目前所没有的，而且在Ku波段这种多路合成是在波 导内完成的，相比于西南电子研究所采取的波导功分/合成器与波导-微带双探针过渡相 结合的4路空间功率合成网络，本发明整个模块的体积要远远小于它。为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种Ku波段波导内空间功率合成的10 路合成装置，其特征在于将两片单路单面鳍线放大电路板和四片双路单面鳍线放大电路板按 “1+2+2+2+2+1”的模式垂直波导E面，对称放置于矩形波导内，六片放大电路板之间通
过垫块隔离而有间隙。所述矩形波导由上波导和下波导构成，通过定位孔固定连接，上、下波导之间 有五层垫块，上波导和第一层垫块之间置有正面朝上的单路单面鳍线放大电路板；第一 层垫块和第二层垫块之间置有正面朝上的双路单面鳍线放大电路板；第二层垫块和第三层垫块之间置有正面朝上的双路单面鳍线放大电路板；第三层垫块和第四层垫块之间置 有正面朝下的双路单面鳍线放大电路板；第四层垫块和第五层垫块之间置有正面朝下的 双路单面鳍线放大电路板；第五层垫块与下波导之间置有正面朝下的单路单面鳍线放大 电路板。所述四片双路单面鳍线放大电路是二种不同长度的电路板，10路合成的模式是 按“l+2a+2b+2b+2a+l”对称放置于矩形波导内。长度不同是为了保证中间四片共八路的 平衡，具体的长度是仿真优化的结果。这四片双路电路板有两种长度，分别设为2a，2b。 则10路合成的模式为“l+2a+2b+2b+2a+l”，即为对称放置。其中，\的长度为20mm， 2b的长度为41mm。所述双路单面鳍线放大电路板，其正面有两条平行的微带线，微带线上有功率 放大芯片；其背面为双鳍线，微带线两侧有飞线孔，飞线从电路板背面穿过飞线孔焊接 在电路板正面的飞线孔上，对芯片供电。所述单路单面鳍线放大电路板，其正面有一条微带线，微带线上有功率放大芯 片；其背面有单路鳍线。单路鳍线电路板的长度为37mm。上述鳍线的设计是通过相关的曲线公式进行计算设计的，鳍线的曲线公式有很 多种，本发明采用的是双圆曲线公式，即由两段圆弧组成鳍线的曲线部分。所述的波导为过模波导，宽边a = 26mm，窄边b = 10mm。经过论证，对于10路合成，14 14.5GHz频段的标准波导BJ120，其宽边a = 19.05mm,窄边b = 9.525mm的空间是不够的，故要用过模波导，使波导内空间适当扩 大，但同时又要保证波导内没有高次模传输。经过计算和设计，过模波导的尺寸取为 宽边 a = 26mm,窄边 b = 10mm。所述的微带阻抗变换线是指先由一段细窄的与介质板另一面的鳍线的槽交错垂 直放置的微带线，进行阻抗变换，最后变换为50欧姆带宽的微带线。其中，与鳍线终端 的槽线交错垂直放置的细微带线和槽线可通过1/4介质波长在越过结时得到延伸，终端 分别为开路和短路电路，以使能量从槽线耦合到微带线。所述的功率放大芯片是对输入功率进行放大输出的芯片，其偏置电路是为芯片 加偏置电压的电路，偏置电路上有相关的电容等。本发明的优越功效在于1)设计了 “1+2+2+2+2+1”的10路合成模式，减少了电路板的片数，不但节约 了空间，也对板间距的调试降低了难度；2)设计了合适的过模波导，尺寸既不是很大，也保证了 10路合成所需要的空 间，同时还抑制了高次模的传输。3)仅在波导内实现功率合成，控制了整个模块的体积；4)使用双路单面鳍线电路放大板，使得实现10路合成仅需6块板即可实现，方 便了板间距的调试和结构件的加工难度；5)用飞线的方法解决了双路单面鳍线电路放大板上两片芯片距离太近导致的加 电困难问题；6)设计出合适的板间距，使得 合成效率达到80%以上；7)每片板设计了合适的长度，保证了 10路合成的平衡问题，防止了
因不平衡导致的效率下降。
图1(包括图Ia和图lb)为本发明波导内所用的长度为37_的单路单面鳍线电 路放大板的正反两面示意图；图2(包括图2a和图2b)为本发明波导内所用的长度为20_的双路单面鳍线电 路放大板的正反两面示意图；图3为本发明波导内所用的长度为41mm的双路单面鳍线电路放大板的正反两面 示意图；图4为本发明中过模波导的上波导的示意图；图5为本发明中波导内单路单面鳍线电路放大板与相邻的双路单 面鳍线电路放 大板之间的垫块的示意图，垫块厚度为3mm ；图6为本发明中波导内两片相邻的长度不同的双路单面鳍线电路放大板之间的 垫块的示意图，垫块厚度为2.2mm;图7为本发明中波导内最中间的长度相同的双路单面鳍线电路放大板之间的垫 块的示意图，垫块厚度为5mm;图8为本发明中过模波导的下波导的示意图；图9为本发明的波导装配分解示意图；图中标号说明1-单路单面鳍线电路放大板；101-功率放大芯片；102-微带线；103-单路鳍线；2-长度为20mm的双路单面鳍线电路放大板；201-功率放大芯片；202-微带线；203-飞线孔；204-双路鳍线；3-长度为41mm的双路单面鳍线电路放大板；301-功率放大芯片；302-微带线；303-飞线孔；304-双路鳍线；4-上波导；401-定位孔；402-定位孔；403-定位孔；404-固定孔；405-电路板安装槽；5-垫块；501-定位孔；502-定位孔；503-定位孔；504-电路板安装槽；6-垫块；601-定位孔；602-定位孔；603-定位孔；604-电路板安装槽；7-垫块；
701-定位孔；702-定位孔；703-定位孔；8-下波导；801-定位孔；802-定位孔；803-定位孔；804-固定孔；805-电路板安装槽。
具体实施方式
请参阅附图所示，对本发明作进一步的描述。本发明提供了一种波导内空间功率合成的10路合成装置，从波导E面插入的两 片单路单面鳍线电路放大板1，两片长度为20mm的双路单面鳍线电路放大板2和两片长 度为41mm的双路单面鳍线电路放大板3，将波导结构分为上波导4、垫块5、垫块6、垫 块7、垫块6、垫块5、下波导8共7个部分。如图1所示，所述单路单面鳍线电路放大板1正面的微带线102上放置一片功率 放大芯片101 ；背面为单路鳍线103。如图2所示，所述长度为20mm的双路单面鳍线电路放大板2正面两条并行的微 带线202上各放置一片功率放大芯片201 ；背面为双路鳍线204。飞线孔203是双路单面 鳍线电路放大板2上下面一片功率放大芯片供电所用的飞线的走线孔，飞线的两端从板 的背面的两个飞线孔203伸出到板的正面，再把飞线的两端焊接在板的正面的飞线孔203上。如图3所示，所述的双路单面鳍线电路放大板结构同上，仅是电路板长度为 41mm。如图9所示，波导结构由上波导4、垫块5、垫块6、垫块7、垫块6、垫块5、 下波导8按图示顺序组装得到。两片单路单面鳍线电路放大板1，两片双路单面鳍线电路 放大板2和两片双路单面鳍线电路放大板3分别安插在波导各部分结构件之间，具体位置 为上波导4和垫块5之间放置一片正面朝上的单路单面鳍线电路放大板1 ；垫块5和垫 块6之间放置一片正面朝上的双路单面鳍线电路放大板2 ；垫块6和垫块7之间放置一片 正面朝上的双路单面鳍线电路放大板3 ；垫块7和垫块6之间放置一片正面朝下的双路单 面鳍线电路放大板3 ；垫块6和垫块5之间放置一片正面朝下的双路单面鳍线电路放大板 2；垫块5和下波导8之间放置一片正面朝下的单路单面鳍线电路放大板1。所有结构件 和电路板之间通过定位孔进行定位安装。本发明的频率是14 14.5GHz，所述垫块的厚度由频率决定。其中垫块5的厚 度为3mm，垫块6的厚度为2.2mm，垫块7的厚度为5mm，达到合成效率80%以上。所述每片鳍线放大电路板的介质基片上设置有入g/4凸形阶梯变换补偿，使得 回波损耗改善了 2 3dB。安装好以后，在波导的两个端口分别装上波导同轴转换，当波导口的一端输入 功率时，功率会分为十个部分，通过鳍线结构分别耦合到十路鳍线-微带上，经过功率 放大芯片进行放大，再通过微带-鳍线-波导进行合成输出。
权利要求
1.一种Ku波段波导内空间功率合成的10路合成装置，其特征在于将两片单路单面鳍线放大电路板和四片双路单面鳍线放大电路板按 “1+2+2+2+2+1”的模式垂直波导E面，对称放置于矩形波导内，六片放大电路板之间通 过垫块隔离而有间隙。
2.按权利要求1所述的一种Ku波段波导内空间功率合成10路合成技术，其特征在于所述矩形波导由上波导和下波导构成，通过定位孔固定连接，上、下波导之间有五 层垫块，上波导和第一层垫块之间置有正面朝上的单路单面鳍线放大电路板；第一层垫 块和第二层垫块之间置有正面朝上的双路单面鳍线放大电路板；第二层垫块和第三层垫 块之间置有正面朝上的双路单面鳍线放大电路板；第三层垫块和第四层垫块之间置有正 面朝下的双路单面鳍线放大电路板；第四层垫块和第五层垫块之间置有正面朝下的双路 单面鳍线放大电路板；第五层垫块与下波导之间置有正面朝下的单路单面鳍线放大电路 板。3.按权利要求1或2所述的一种Ku波段波导内空间功率合成10路合成技术，其特征 在于所述四片双路单面鳍线放大电路是二种不同长度的电路板，10路合成的模式是按 “ l+2a+2b+2b+2a+l，，对称放置于矩形波导内。
3.按权利要求1或2所述的一种Ku波段波导内空间功率合成10路合成技术，其特 征在于所述双路单面鳍线放大电路板，其正面有两条平行的微带线，微带线上有功率放大 芯片；其背面为双鳍线，微带线两侧有飞线孔，飞线从电路板背面穿过飞线孔焊接在电 路板正面的飞线孔上，对芯片供电。
4.按权利要求1所述的一种Ku波段波导内空间功率合成10路合成技术，其特征在于所述单路单面鳍线放大电路板，其正面有一条微带线，微带线上有功率放大芯片； 其背面有单路鳍线。
5.按权利要求1所述的一种Ku波段波导内空间功率合成10路合成技术，其特征在于所述的波导为过模波导，宽边a = 26mm，窄边b = 10mm。
6.按权利要求1所述的一种Ku波段波导内空间功率合成10路合成技术，其特征在于所述每片鳍线放大电路板的介质基片上设置有Xg/4凸形阶梯变换补偿。
全文摘要
一种Ku波段波导内空间功率合成10路合成技术，采用两片单路单面鳍线电路放大板和四片长度不同的双路鳍线电路放大板和“1+2+2+2+2+1”的对称放置模式实现波导内10路空间功率合成。本发明的优点是用六片电路板实现了十路功率合成，且是在波导内进行的，节约了空间，减小了模型的体积，而且合成效率在80％以上。
文档编号H01P5/12GK102013541SQ20101021248
公开日2011年4月13日 申请日期2010年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者张记谆, 汪书娜, 王斌, 王鲁培 申请人:上海杰盛无线通讯设备有限公司