一种射频电源的DSPSL大功率合路器的制作方法

本发明涉及功率合成技术领域，尤其涉及一种射频电源的dspsl大功率合路器。

背景技术：

信号传输需要一定的介质和载体，而传输线是用来传输电磁能量和信息的线路，可以使载有信息的电磁波，沿着传输线规定的路径，将电磁能从能量源头传输到负载端。取决于不同的应用场景和电磁环境，传输线的形态也各不相同。如在音频应用下的双绞线，射频微波领域下的微带传输、波导管传输，光信号的光纤传输等等。

在低频应用下，能量的传递可以通过两根平行的导线就可以实现。当频率升高时，波长降低，当波长与平行传输线间距相当时，会向外产生能量辐射，传输效率随之降低，损耗增大。因此在射频微波领域，常用同轴传输线代替，能量被束缚在同轴内外导体之间进行传输。但同轴传输线难以集成，一般只在功率输入输出口，无法利用其进行功率合成的设计，且但需求功率较高时，由同轴线缆的特性可知，需要内外导体的尺寸较大，不利用小型化。

差分线是传输线的一种形式，与单端线相比，差分传输在两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相等，相位相反。在这两根线上的传输的信号就是差分信号。差分走线必须是等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的两根线，以保证幅度一致。差分信号线具有单端线不具备的优点：

1、抗干扰能力强。干扰噪声一般会等幅、反相的被加载到两根信号线上，而其差值为零，即噪声对信号的影响大大降低。

2、能有效抑制电磁干扰(emi)。由于两根线靠得很近且信号幅值相等，这两根线与地线之间的耦合电磁场的幅值也相等，同时他们的信号极性相反，其电磁场将相互抵消，对外界的电磁干扰相应减小。

在射频电源产品中，往往需要输出千瓦级别的射频功率，但现有的固态器件的功率密度往往达不到这么高的功率，因此往往需要多路信号进行放大，并在射频电源的最终输出端进行功率合成，以达到所需功率。

传统的功率合成一般使用wilkinson功分器，将两路或者多路信号最终合成单端信号在微带线上传输。其缺点在于采用了单端微带线，从而导致：

1）功率容量有限，不足以在合成功率较高的场景使用；

2）单端微带线的阻抗与其宽度成比例，宽度越宽，阻抗越小；为实现高阻抗，则微带线的宽度必须做窄，对加工和制作要求很高，且随着带线越来越窄，阻抗很难再提高；

3）对合路器的输入端信号的要求高，当输入信号幅度不一致或者具有相位差时，合成效率会降低，并在平衡电阻上消耗多余的功率。

双面平行带线（dspsl）是一种用以传输差分信号的载体，其结构可参考图4，在厚为h，介电常数为的介质板，上下表面制作平行且正对一致的导电带线。其电场分布如图5所示，与微带线的电场分布很相似，因此dspsl能很好的与微带线集成过渡。当信号传输时，dspsl一层带线的电压为正，另一层带线的电压为负，根据镜像理论，介质板中间的电压为0，即介质板的中间平面相当于虚拟地将dspsl分割成相同的背靠背的微带线。因此，在其他条件相同下，当dspsl的厚度是微带线的两倍时（即当单层金属带的厚度与微带线的厚度相同时，dspsl的两层金属带的总厚度相当于微带线厚度的两倍），它的阻抗也为微带线的两倍，其可传输的信号频带范围比微带线更宽（阻抗越大，则可传输的功率容量越大）。因此，若能够把dspsl应用于功率合路器中，将可大大地提高功率容量、阻抗，并可提高抗干扰能力，降低对合路器的输入端信号的要求。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种应用于射频电源的dspsl大功率合路器，其功率容量较高、阻抗较高且抗干扰能力较强，对输入端信号的要求较低。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种射频电源的dspsl大功率合路器，包括介质板、设置在介质板上表面的顶层导电带线、以及设置在介质板下表面的底层导电带线，所述顶层导电带线和底层导电带线平行且正对设置；

所述顶层导电带线和底层导电带线均包括至少一组一级合成单元；

所述一级合成单元包括对称设置的第一带线和第二带线，还包括一个第一输出端口；所述第一带线和第二带线的第一端分别为第一输入端口和第二输入端口，第二端均在第一相交点处与所述第一输出端口连接；所述第一带线、第二带线和第一输出端口的宽度相等；所述第一带线和第二带线的长度均为工作频率对应波长的四分之一。

所述的射频电源的dspsl大功率合路器中，所述第一带线和第二带线均沿蛇形路径延伸。

所述的射频电源的dspsl大功率合路器中，所述第一带线、第二带线和第一输出端口均由金或铜制成。

所述的射频电源的dspsl大功率合路器中，所述第一带线、第二带线和第一输出端口均通过刻蚀附在所述介质板上。

所述的射频电源的dspsl大功率合路器中，所述第一带线、第二带线和第一输出端口的宽度均为10mm-20mm。

所述的射频电源的dspsl大功率合路器中，所述第一带线、第二带线和第一输出端口的厚度均为35.56um或71.12um。

所述的射频电源的dspsl大功率合路器中，1mm-3mm，介电常数为2.2-6。

所述的射频电源的dspsl大功率合路器中，所述一级合成单元设置有一组。

所述的射频电源的dspsl大功率合路器中，所述一级合成单元设置有2的n次方组，其中n为正整数。

进一步的，每两个i级合成单元组成一个i+1级合成单元，所述两个i级合成单元的第i输出端口通过两个对称设置的连接带线在同一个第i+1相交点处与同一个第i+1输出端口连接，且从第i相交点到第i+1相交点之间的路径长度均为工作频率对应波长的四分之一，所述连接带线和第i+1输出端口的宽度均与所述第一带线和第二带线的宽度相同；其中，i为1~n+1。

有益效果：

本发明提供的一种射频电源的dspsl大功率合路器，由于在介质板的两面设置了平行且正对设置的顶层导电带线和底层导电带线，在使用时，在顶层导电带线的第一输入端口和第二输入端口输入幅值相等、相位相同的信号，同时在底层导电带线的第一输入端口和第二输入端口输入与顶层导电带线的输入信号幅值相等、相位差为180°的信号。与采用单端微带线的合路器相比，在单层导电带线的厚度和宽度与微带线相同的情况下，具有更高的阻抗和功率容量，且当其中一层导电带线中的信号受到干扰时，在另一层导电带线信号的耦合作用下，能够在一定程度上消除干扰，具有更强的抗干扰能力，对输入端信号的要求更低。

附图说明

图1为本发明提供的一种射频电源的dspsl大功率合路器的俯视图。

图2为本发明提供的射频电源的dspsl大功率合路器的横截面图。

图3为本发明提供的另一种射频电源的dspsl大功率合路器的俯视图。

图4为双面平行带线的横截面图。

图5为双面平行带线的电场分布图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

下文的公开提供的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

为了便于描述，本申请中的上、下方向是基于图2所画的方向的，即上是指图2中的上侧，下是图2中的下侧。

请参阅图1-3，本发明提供的一种射频电源的dspsl大功率合路器，包括介质板1、设置在介质板1上表面的顶层导电带线2、以及设置在介质板下表面的底层导电带线3，顶层导电带线2和底层导电带线3平行且正对设置；

顶层导电带线2和底层导电带线3均包括至少一组一级合成单元4；

一级合成单元4包括对称设置的第一带线41和第二带线42，还包括一个第一输出端口43；第一带线41和第二带线42的第一端（即远离第一输出端口43的一端）分别为第一输入端口44和第二输入端口45，第二端（即靠近第一输出端口43的一端）均在第一相交点c1处与第一输出端口43连接；第一带线41、第二带线42和第一输出端口43的宽度相等（指第一带线41和第二带线42的任意一个横截面的宽度均与第一输出端口43，即第一带线41和第二带线42的宽度沿整个延伸方向均保持不变）；第一带线41和第二带线42的长度均为工作频率对应波长的四分之一。

其中，第一带线41的长度是指第一输入端口44的起始点a到第一相交点c1的带线长度；第二带线42的长度是指第二输入端口45的起始点b到第一相交点c1的带线长度。

其中，顶层导电带线2的第一输入端口44和第二输入端口45用于输入幅值相等、相位相同的信号，底层导电带线3的第一输入端口44和第二输入端口45用于输入与顶层导电带线2的输入信号幅值相等、相位差为180°的信号。

使用时，在顶层导电带线2的第一输入端口44和第二输入端口45输入幅值相等、相位相同的信号，同时在底层导电带线6的第一输入端口44和第二输入端口45输入与顶层导电带线2的输入信号幅值相等、相位差为180°的信号。与采用单端微带线的合路器相比，在单层导电带线的厚度和宽度与微带线相同的情况下，具有更高的阻抗（从而工作频带更宽）和功率容量，且当其中一层导电带线中的信号受到干扰时，在另一层导电带线信号的耦合作用下，能够在一定程度上消除干扰，具有更强的抗干扰能力，对输入端信号的要求更低。

在一些实施方式中，见图1，第一带线41和第二带线42均沿蛇形路径延伸。实际上，在满足带线长度为工作频率对应波长的四分之一的条件下，第一带线41和第二带线42可沿任意不相交的路径延伸，只需保证对称分布即可；此处采用蛇形路径，占用空间较小，有利于缩小合路器的体积。

本领域技术人员应该理解的是，顶层导电带线2和底层导电带线3的第一带线41、第二带线42和第一输出端口43是由同一种导电材料制成的，且厚度也相同，从而保证各处的阻抗特性相同。例如，在一些实施方式中，第一带线41、第二带线42和第一输出端口43均由金制成，其耐腐蚀性能和抗氧化性能好，有利于提高合路器的可靠性。第一带线41、第二带线42和第一输出端口43还可由高导电率金属材料制成，如金、铜等，但不限于此。

在一些实施方式中，第一带线41、第二带线42和第一输出端口43均通过刻蚀附在介质板1上。

在一些优选实施方式中，第一带线41、第二带线42和第一输出端口43的宽度均为10mm-20mm,优选为11mm。

在一些优选实施方式中，第一带线41、第二带线42和第一输出端口43的厚度均为35.56um或71.12um,优选为35.56um。

在一些优选实施方式中，介质板1的厚度为1mm-3mm,优选为1mm，介电常数为2.2-6,优选为4.4其中，介质板可采用fr4制成。

其中，一级合成单元4的数量可根据需要进行设置，数量越多，最终的最大输出功率越大。

例如，在一些实施方式中，见图1，一级合成单元4设置有一组。

又例如，在一些实施方式中，见图3，一级合成单元4设置有2的n次方组，其中n为正整数（n=1、2、3……）。进一步的，每两个i级合成单元组成一个i+1级合成单元，两个i级合成单元的第i输出端口通过两个对称设置的连接带线在同一个第i+1相交点处与同一个第i+1输出端口连接，且从第i相交点到第i+1相交点之间的路径长度（指连接带线的长度）均为工作频率对应波长的四分之一，连接带线和第i+1输出端口的宽度均与第一带线41和第二带线42的宽度相同（本领域技术人员应该理解的是，厚度、材料也相同）；其中，i为1~n+1。

以图3为例，一级合成单元4设置有四个，即2的2次方组（n=2）；每两个一级合成单元4组成一个二级合成单元5，其中两个一级合成单元4的第一输出端口43通过两个对称设置的连接带线91在同一个第二相交点c2处与同一个第二输出端口51连接，且从第一相交点c1到第二相交点c2之间的路径长度为工作频率对应波长的四分之一；然后两个二级合成单元5再组成一个三级合成单元，其中两个二级合成单元5的第二输出端口51通过两个对称设置的连接带线92在同一个第三相交点c3处与同一个第三输出端口61连接，且从第二相交点c2到第三相交点c3之间的路径长度为工作频率对应波长的四分之一，最终第三输出端口61作为合路器的输出端。

若一级合成单元4设置有两个，在最终组成一个二级合成单元5，其结构如图3中的二级合成单元5所示，且第二输出端口51作为合路器的输出端。

需要说明的是，图3中为了便于描述，把连接带线91和连接带线92画作一根直线，但其实际路径不限于此，可根据实际需要进行设置，只要保持对称即可。

本申请实施例提供的射频电源的dspsl大功率合路器适用于射频电源，例如作为等离子刻蚀的前端的13.56mhz射频电源。但该合路器的使用范围不限于是射频电源，也不限于是13.56mhz的工作频率。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，其方案与本发明实质上相同。