专利名称：Ku波段波导内空间功率合成的4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4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仅在波导内进行4路合成，且模块体积小的Ku波段波导内空间功率合成的4路合成装置。本发明的4路合成装置与西南电子技术研究所4路空间功率合成网络不同在于，本发明是在波导内进行的，模型的体积要远远小于用波导功分/合成器与波导-微带双探针过渡相结合的合成网络，且在整个频段内，合成效率高于80%。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4路合成装置，将两片双路单面鳍线放大电路板，按“2+2”模式垂直波导E面，对称放置于波导内，两片双路单面鳍线放大电路板之间通过垫块隔离而有间隙。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。所述波导由上波导和下波导构成，通过定位孔连接固定，上、下波导之间是垫块， 一片双路单面鳍线放大电路板的正面向上，置于上波导和垫块之间；另一片双路单面鳍线放大电路板的正面向下，置于下波导和垫块之间。所述垫块的厚度由频率决定，使合成效率达到80%以上。在每片双路单面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)仅在波导内实现功率合成，节约了空间，减小了整个模块的体积；2)使用双路单面鳍线放大电路板，仅需两块电路板即可实现四路功率合成，方便了板间距的调试和结构件的加工难度；3)用飞线的方法解决了两片芯片距离太近导致的供电困难问题；4)合适的板间距，使得合成效率达到80%以上；5)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)为双路单面鳍线电路放大板的正反面的示意图；图2为上波导的结构示意图；图3为垫块的结构示意图；图4为下波导的结构示意图；图5为本发明的装配分解示意图；图中标号说明I-双路单面鳍线放大电路板；101-功率放大芯片；103-飞线孔；2-上波导；201-定位孔；203-定位孔；205-电路板安装槽；3-垫块；301-定位孔；303-定位孔；4-下波导；401-定位孔；403-定位孔；405-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1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
102-微带线； 104-双鳍线；
202-定位孔； 204-固定孔；
302-定位孔；
402-定位孔； 404-固定孔；
4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。所述的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。将上述两片双路单面鳍线放大电路板放置于矩形波导内垂直于E面的两个合适的位置，保证两板之间有一个合适的板间距，这个板间距就是垫块的厚度，对合成效率有一定的影响。本发明提供了一种Ku波段波导内空间功率合成的4路合成装置，将两片双路单面鳍线放大电路板，按“2+2，，模式垂直波导E面，对称放置于波导内，两片双路单面鳍线放大电路板之间通过垫块隔离而有间隙。避免了“1+1+1+1”模式的幅相容易不平衡的问题。其中的1和2分别代表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。将两片双路单面鳍线放大电路板按照“2+2”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 4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2、图3和图4所示，所述波导由上波导2和下波导3构成，上波导2、垫块3 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5所示，上波导2、下波导4之间是垫块3，一片双路单面鳍线放大电路板1 的正面向上，置于上波导2和垫块3之间；另一片双路单面鳍线放大电路板1的正面向下， 置于下波导4和垫块3之间。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，功率会分为四个部分，通过鳍线结构分别耦合到四路鳍线-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。本发明的频率在 14 14. 5GHz，垫块的厚度为2mm，即板间距为2mm，使得合成效率达到80%以上。在每片双路单面鳍线放大电路板1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4路合成装置，其特征在于将两片双路单面鳍线放大电路板，按“2+2”模式垂直波导E面，对称放置于波导内，两片双路单面鳍线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4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4路合成装置，其特征在于 所述波导由上波导和下波导构成，通过定位孔连接固定，上、下波导之间是垫块，双路单面鳍线放大电路板的正面向上，置于上波导和垫块之间；双路单面鳍线放大电路板的正面向下，置于下波导和垫块之间。
4.按权利要求1所述的Ku波段波导内空间功率合成的4路合成装置，其特征在于 在每片双路单面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
本发明提供了一种Ku波段波导内空间功率合成的4路合成装置，将两片双路单面鳍线放大电路板，按“2+2”模式垂直波导E面，对称放置于波导内，两片双路单面鳍线放大电路板之间通过垫块隔离而有间隙。本发明的优点是用两片电路板实现了四路功率合成，且是在波导内进行的，节约了空间，减小了模型的体积，合成效率在80％以上。
文档编号H01P5/12GK102201609SQ20101013282
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