专利名称：Ku波段波导内空间功率合成的6路合成装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种波导内空间功率合成领域，特别涉及一种Ku波段波导内空间功率合成的6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-AJork提出的，当时是在X波段采用2X4的匪IC功放阵列，实现了 2. 4W的输出。2005 年，0. 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。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要提供一种在波导BJ120内实现6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的6路合成装置。本发明是在Ku波段进行的波导内6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6路合成模式目前没有的，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6路合成装置，将两片单路单面鳍线放大电路板和两片双路单面鳍线放大电路板按“ 1+2+2+1” 的模式垂直波导E面，对称放置于矩形波导内，四片放大电路板之间通过垫块隔离而有间隙。所述垫块的厚度由频率决定。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。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、下波导之间有三层垫块，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下的双路单面鳍线放大电路板；第三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。所述每片鳍线放大电路板的介质基片上设置有λ g/4凸形阶梯变换补偿，使得回波损耗改善了 2 3dB。本发明的优越功效在于1)设计了 “1+2+2+1”的6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)仅在波导内实现功率合成，节约了空间，减少了整个模块的体积；3)使用双路单面鳍线电路放大板，使得实现六路合成仅需四块板即可实现，方便了板间距的调试和结构件的加工难度；4)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供电困难问题；5)设计出合适的板间距，使得合成效率达到80%以上；6)采取在介质基片上加λ g/4凸形阶梯变换补偿来改善回波损耗。
图1(包括图IA和图1B)为本发明波导内所用的双路单面鳍线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单路单面鳍线放大板的正反两面示意图；图3为本发明中上波导的示意图；图4为本发明中波导内单路单面鳍线放大板与双路单面鳍线放大电路板之间的垫块的示意图；图5为本发明中波导内中间两片双路单面鳍线放大电路板之间的垫块的示意图；图6为本发明中下波导的示意图；图7为本发明的波导装配分解示意图；图中标号说明1-双路单面鳍线电路放大板；101-功率放大芯片；103-飞线孔；2-单路单面鳍线电路放大板；201-功率放大芯片；203-单路鳍线；3-上波导；301-定位孔；
102-微带线； 104-双路鳍线；
202-微带线；
302-定位孔；
303-定位孔；305-电路板安装槽；4-第一层或第三层垫块；
304-固定孔；401-定位孔；403-定位孔；5-第二层垫块；501-定位孔；503-定位孔；
402-定位孔； 404-电路板安装槽；
502-定位孔； 6-波导下半部分；601-定位孔；603-定位孔；
602-定位孔； 604-固定孔；605-电路板安装槽。
具体实施例方式请参阅附图所示，对本发明作进一步的描述。如图IA和IB所示，所述双路单面鳍线放大电路板1，其正面有两条平行的微带线102，微带线102上有功率放大芯片101 ；其背面为双鳍线104，微带线102两侧有飞线孔 103。两片功率放大芯片101的供电分别在微带线102的两侧，其中一片可以直接供电，另一片由于加电端与前一片芯片离的太近，不能直接供电，本发明采取从板的另一面飞线的方法，将偏置电路放在板上相对较空的位置，用飞线从电路板1背面穿过飞线孔103焊接在电路板1正面的飞线孔103上，对功率放大芯片101供电。如上所述的双路单面鳍线放大电路板1是由对称并行的两路单面鳍线电路构成， 而每路单面鳍线电路板上有单面鳍线，微带线102，功率放大芯片101及其偏置电路；输入输出对称。如图2A和2B所示，所述单路单面鳍线电路放大板2正面的微带线202上放置一片功率放大芯片201 ；背面为单路鳍线203。所述的单面鳍线是鳍线的一种。鳍线是在矩形金属波导E面嵌入槽线所组成的一种复合结构，也可看成一种由介质片支撑具有薄脊的加脊波导，或是一种带有金属鳍的介质平板加载波导。单面鳍线是指只有介质板的一面有鳍线结构，另一面一般是与之耦合进行功率输出的微带线。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。所述的微带线102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101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，偏置电路上设有偏置电容和偏置电阻。将上述两片单路单面鳍线放大电路板1和两片双路单面鳍线放大电路板2共四片放置于矩形波导内垂直于E面的四个合适的位置，保证每两板之间有一个合适的板间距，这个板间距对合成效率有一定的影响。本发明在取了合适的板间距之后，合成效率达到 80%以上。本发明提供了一种Ku波段波导内空间功率合成的6路合成装置，将两片单路单面鳍线放大电路板2和两片双路单面鳍线放大电路板1按“ 1+2+2+1 ”的模式垂直波导E面，对称放置于矩形波导内，四片放大电路板之间通过垫块隔离而有间隙。避免了“1+1+1+1+1+1” 模式的空间不足问题。其中的1和2分别代表本发明中设计的两种单面鳍线放大电路板。 1为单路单面鳍线放大电路板，实现一路鳍线-微带-功率放大芯片-微带-鳍线的结构；2 为双路单面鳍线放大电路板，为并列对称放置的两路鳍线-微带-功率放大芯片-微带-鳍线的结构。将这两片单路单面鳍线放大电路板2和两片双路单面鳍线放大电路板1按照 “ 1+2+2+1，，的模式垂直于波导E面对称放置在波导内。这样，输入波导内的功率分为六部分，分别通过每片上的每路经由波导-鳍线-微带耦合输入，再通过板上的功率放大芯片进行放大，最后通过微带-鳍线-波导进行合成输出。如图3、图4、图5和图6所示，所述矩形波导由上波导3和下波导6构成，上波导演、下波导6之间有三层垫块，上波导2、三层垫块和下波导4设有位置对应的定位孔和固定孔，通过定位孔用定位销锁定位置，通过固定孔固定连接。如图7所示，上波导3和第一层垫块4之间置有正面朝上的单路单面鳍线放大电路板2 ；第一层垫块4和第二层垫块5之间置有正面朝上的双路单面鳍线放大电路板1 ；第二层垫块5和第三层垫块4之间置有正面朝下的双路单面鳍线放大电路板1 ；第三层垫块4与下波导6之间置有正面朝下的单路单面鳍线放大电路板2。所述垫块的厚度由频率决定。本发明的频率是14 14. 5GHz，第一、三层垫块4的厚度为4. 3mm，第二层垫块的厚度为2mm。所述每片鳍线放大电路板的介质基片上设置有λ g/4凸形阶梯变换补偿，使得回波损耗改善了 2 3dB。
权利要求
1.一种Ku波段波导内空间功率合成的6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两片双路单面鳍线放大电路板按“ 1+2+2+1”的模式垂直波导E面，对称放置于矩形波导内，四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Ku波段波导内空间功率合成的6路合成装置，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。
3.按权利要求1所述的Ku波段波导内空间功率合成的6路合成装置，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。
4.按权利要求1所述的Ku波段波导内空间功率合成的6路合成装置，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、下波导之间有三层垫块，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下的双路单面鳍线放大电路板；第三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。
5.按权利要求1所述的Ku波段波导内空间功率合成的6路合成装置，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λ g/4凸形阶梯变换补偿。
全文摘要
本发明提供了一种Ku波段波导内空间功率合成的6路合成装置，将两片单路单面鳍线放大电路板和两片双路单面鳍线放大电路板按“1+2+2+1”的模式垂直波导E面，对称放置于矩形波导内，四片放大电路板之间通过垫块隔离而有间隙。本发明的优点是用四片电路板实现了六路功率合成，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H01P5/12GK102201608SQ20101013281
公开日2011年9月28日 申请日期2010年3月25日 优先权日2010年3月25日
发明者张寅侃, 李凌云, 汪书娜, 王斌, 黄光煌 申请人:上海新杰芯微波技术有限公司