专利名称：电阻隔膜波导行波功率合成放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于微波和毫米波系统的功率合成放大器，尤其涉及一种具有电阻隔膜结构的波导行波功率合成放大器。
背景技术：
无线通信高速发展，高速、宽带的要求越来越强烈，而频谱资源却非常稀缺，现代无线通信系统正在向着高频率发展，毫米波、亚毫米波通信技术正在由研究步入实际应用。 随着工作频率的升高，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系统需求。因此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。功率合成放大器包括功率放大模块和功率分配/合成器。因此一个性能优良的功率分配/合成器对功率合成放大器至关重要。一种新型的合成技术，即准光/空间功率合成技术，在最近几年受到研究人员的强烈关注。该技术借用了光学的概念，通过在空间中同相位相干合成的方式达到功率合成的目的。最为典型的空间功率合成结构是波导内空间功率合成结构，据相关报道，该结构在 X波段实现了 M路合成。不过，当工作频率达到毫米波频段时，波导内空间功率结构显得并不是很适合，因为波导腔体在该频段时变得很小，难以容纳多个放大电路，并且波导到微带的转换结构造成的损耗也增大不少，如采用鳍线结构将达到IdB以上，另一方面，拥挤的波导内部空间也给散热带来困难。因此单纯的采用空间功率合成技术实现毫米波波段的大数目、高效率合成成为一个难题。一种解决办法就是将空间功率合成技术与传统的功率合成技术相结合实现功率合成放大器。传统的功率分配/合成网络一般是将2路功率合成器进行级联，形成二进制树形合成结构或链式合成结构，实现多数目的合成，这种2路功率合成器如Wilkinson功分器、分支线耦合器、魔T等。不过现有的二进制或链式结构，随着级联级数的增加，损耗增加，合成效率下降，且整体尺寸显著增大。对于功率分配/合成器，其输出端口的隔离性也是一个重要的指标。应用端口隔离的功率分配/合成器，合成放大器的放大器单元相互独立，输入放大器单元的信号将完全由功率分配器的功率分配特性决定，也可以有效避免自激等问题。另一方面，高隔离合成器也会使得合成放大器的失效特性良好，即当存在放大器单元损毁时，其余放大器仍可以正常工作，输出功率只会按一个可预测的比例掉落。近几年，相继报道了一些波导的行波功率分配/合成结构，该结构有利于实现微波高端、毫米波波段的大功率输出的功率合成放大器。不过现有的波导行波功率分配/合成结构的实现方式一般是在宽边处插入探针耦合输出，输出端口隔离度都比较差，这种结构并不能实现宽带合成，合成放大器的失效性能也并不是最为理想。2008 年，Larry W. Epp 等人在 MTT-S 会议上发表了题为 “ A High-Power Ka-Band(31_36GHz)Solid-State Amplifier Based on Low-Loss Corporate Waveguide Combining"的文章，报道了波导结构的高隔离E-T功分器，采用薄膜电阻片实现隔离。他们利用5级2路电阻隔膜型功率分配/合成器形成了 32路功率合成放大器。该结构工作于31-36GHZ，且该结构的体积非常庞大，不适用于微波和毫米波系统，因为和现有的波导结构的高隔离功分器一样，其功率分配路数只有两路，这种结构要实现大数目合成就需要庞大的二进制网络，因此有必要研究出一分多路、宽带、低损耗、结构紧凑、高隔离的功率分配 /合成器结构来实现高功率输出的功率合成放大器。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供了一种电阻隔膜波导行波功率合成放大器，该结构通过一分多路、宽带、低损耗、结构紧凑、高隔离的功率分配/合成器来实现。利用该功率分配/合成器，可以形成多进制树形功率分配/合成结构，从而实现大数目、宽带、高效率、高频率的功率合成放大器。为了达到上述目的，本发明是通过下述技术方案予以实现一种电阻隔膜波导行波功率合成放大器，其特征在于由至少两个电阻隔膜波导行波功率分配/合成器和放大模块构成；所述每个电阻隔膜波导行波功率分配/合成器包括至少一级矩形波导E-T分支功分器，所述每一级矩形波导E-T分支功分器由输入波导、第一输出波导和第二输出波导相接构成，其中输入波导与第一输出波导位于同一直线方向上，第二输出波导位于输入波导的垂直方向上；所述至少一级矩形波导E-T分支功分器按如下方式相级联每一级矩形波导E-T分支功分器的第一输出波导连接下一级的输入波导，每一级矩形波导E-T分支功分器的第二输出波导作为该级的输出端口 ；所述每一级矩形波导E-T分支功分器的第一输出波导与其连接的下一级矩形波导E-T分支功分器的输入波导尺寸相同；在每一级矩形波导 E-T分支功分器的输入波导与第二输出波导的分支位置上设置薄膜电阻片，所述薄膜电阻片沿着下一级输入波导的导体壁延长方向上设置；所述至少两个电阻隔膜波导行波功率分配/合成器和放大模块按如下方式连接 所述每个电阻隔膜波导行波功率分配/合成器的第一级矩形波导E-T分支功分器与输入波导相连接，作为电阻隔膜波导行波功率合成放大器的输入；所述每个电阻隔膜波导行波功率分配/合成器的每一级的输出端口先各自与放大模块连接，然后每个电阻隔膜波导行波功率分配/合成器的各级输出端口相连接作为每个电阻隔膜波导行波功率分配/合成器的输出，再将至少两个电阻隔膜波导行波功率分配/合成器的输出相连接作为电阻隔膜波导行波功率合成放大器的输出。更进一步地说，所述薄膜电阻片是由两块介质基片构成，其中一块介质基片一侧面镀有薄膜电阻，镀有薄膜电阻的一侧面与另一块介质基片相粘接；所述薄膜电阻片的理论长度为所述电阻隔膜波导行波功率分配/合成器工作的中心频率的四分之一导波波长； 所述薄膜电阻片的阻值按下列公式确定
权利要求
1.一种电阻隔膜波导行波功率合成放大器，其特征在于由至少两个电阻隔膜波导行波功率分配/合成器和放大模块构成；所述每个电阻隔膜波导行波功率分配/合成器包括至少一级矩形波导E-T分支功分器，所述每一级矩形波导E-T分支功分器由输入波导、第一输出波导和第二输出波导相接构成，其中输入波导与第一输出波导位于同一直线方向上，第二输出波导位于输入波导的垂直方向上；所述至少一级矩形波导E-T分支功分器按如下方式相级联每一级矩形波导 E-T分支功分器的第一输出波导连接下一级的输入波导，每一级矩形波导E-T分支功分器的第二输出波导作为该级的输出端口 ；所述每一级矩形波导E-T分支功分器的第一输出波导与其连接的下一级矩形波导E-T分支功分器的输入波导尺寸相同；在每一级矩形波导 E-T分支功分器的输入波导与第二输出波导的分支位置上设置薄膜电阻片，所述薄膜电阻片沿着下一级输入波导的导体壁延长方向上设置；所述至少两个电阻隔膜波导行波功率分配/合成器和放大模块按如下方式连接所述每个电阻隔膜波导行波功率分配/合成器的第一级矩形波导E-T分支功分器与输入波导相连接，作为电阻隔膜波导行波功率合成放大器的输入；所述每个电阻隔膜波导行波功率分配/合成器的每一级的输出端口先各自与放大模块连接，然后每个电阻隔膜波导行波功率分配/合成器的各级输出端口相连接作为每个电阻隔膜波导行波功率分配/合成器的输出，再将至少两个电阻隔膜波导行波功率分配/合成器的输出相连接作为电阻隔膜波导行波功率合成放大器的输出。
2.根据权利要求1所述的电阻隔膜波导行波功率合成放大器，其特征在于所述薄膜电阻片是由两块介质基片构成，其中一块介质基片一侧面镀有薄膜电阻，镀有薄膜电阻的一侧面与另一块介质基片相粘接；所述薄膜电阻片的理论长度为所述电阻隔膜波导行波功率分配/合成器工作的中心频率的四分之一导波波长；所述薄膜电阻片的阻值按下列公式确定1其中，Rs, j为在第j级E-T分支功分器的输入波导与第二输出波导的分支位置上设置的薄膜电阻片的阻值、a为任一级波导宽边尺寸、L为薄膜电阻片长度、Zq为第j级E-T分支功分器输出端口的特性阻抗、Zp1代表第j+Ι级E-T分支功分器输入波导的特性阻抗；当 j = N-I时，取= Ζ。,Ν，Ζ。,N代表最末输出端口的特性阻抗。
3.根据权利要求2所述的电阻隔膜波导行波功率合成放大器，其特征在于所述在每一级矩形波导E-T分支功分器的输入波导与第二输出波导的分支位置上设置薄膜电阻片， 所述薄膜电阻片沿着下一级输入波导的导体壁延长方向上设置是指，在波导壁上开槽，将薄膜电阻片插入槽中，使所述薄膜电阻的两块介质基片的交界面放置于下一级输入波导的侧壁延长方向上。
4.根据权利要求3所述的电阻隔膜波导行波功率合成放大器，其特征在于所述每一级矩形波导E-T分支功分器的输入端波导窄边的尺寸等于该级两个输出波导窄边尺寸之和。
5.根据权利要求4所述的电阻隔膜波导行波功率合成放大器，其特征在于所述在每一级的矩形波导E-T分支功分器的垂直拐弯位置还设置用于消除所述垂直拐弯位置电磁场的不连续性的匹配切角，同时在最末输出端口的拐弯位置设置匹配切角。
6.根据权利要求5所述的电阻隔膜波导行波功率合成放大器，其特征在于所述每一级矩形波导E-T分支功分器的输出端口的窄边尺寸，与第一级矩形波导E-T分支功分器的输入波导的窄边尺寸之比为该级输出端口所需功率分配比。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电阻隔膜波导行波功率合成放大器，其特征在于所述第一级矩形波导E-T分支功分器的输入波导的尺寸大于相匹配的标准波导，所述第一级矩形波导E-T分支功分器的输入波导通过至少一级四分之一波长的阻抗变化器串联后实现与标准波导匹配；所述第一级矩形波导E-T分支功分器的输入波导的尺寸扩大以保证第二级输入波导在工作频段内采用单模工作形式为原则进行。
8.根据权利要求1所述的电阻隔膜波导行波功率合成放大器，其特征在于所述放大模块是指双探针空间功率合成放大模块。
全文摘要
本发明为一种电阻隔膜波导行波功率合成放大器，包括至少两个电阻隔膜波导行波功率分配/合成器和放大模块。功率分配/合成器由一级或多级矩形波导E-T分支功分器结构相级联。功率分配/合成器和放大模块连接如下每个分配/合成器的第一级矩形波导E-T分支功分器与输入波导相连接，作为合成放大器的输入；每个分配/合成器的每一级的输出端口先各自与放大模块连接，然后每个分配/合成器的各级输出端口相连接作为每个功率分配/合成器的输出，再将至少功率分配/合成器的输出相连接作为电阻隔膜波导行波功率合成放大器的输出。该合成器放大器多路、宽带、低损耗、高隔离。
文档编号H01P5/12GK102509836SQ20111030060
公开日2012年6月20日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者康智勇, 褚庆昕, 龚志 申请人:华南理工大学