一种宽带大功率多路功率合成器的制作方法

1.本实用新型涉及电子技术领域，具体涉及一种宽带大功率多路功率合成器。


背景技术：

2.短波通信是指利用频率为3mhz～30mhz(波长10m～100m)的电磁波进行的无线电通信。短波通常通过天波传播能实现几千公里甚至上万公里距离的信息传送。因此，短波通信一直是远距离通信主要手段，其具有许多优点，长期以来一直是近、中、远距离军用、民用通信的重要手段之一，被广泛应用于政府、军事、外交、气象、商业等部门，尤其在军事领域。随着现代战争的发展，雷达系统是核心指挥控制系统的重要组成部分，常规雷达因为受到地球的曲面限制探测距离有限，又不可避免地面临着日益严重的威胁，而利用短波通过电离层传播的天波超视距雷达以其作用距离远，覆盖面积大等独特优势，将在未来军事行动之中占据更重要的地位。其次，短波通信也可以用于反隐身技术，使隐身飞机在短波雷达系统中无法“隐身”，这对于现代高科技战争，掌握制空权，是一种必不可少的重要手段。
3.无线电发射设备中，为了保证更远的发送距离和更广的覆盖范围，传输信号须先经过一系列处理后，再经过功率放大直至获得足够大的功率再送至发射天线。就必须采用功率分配与合成技术，即先将短波信号分成若干路，再将每路信号经过功放模块进行功率放大，把放大后的功率信号经过功率合成后(即多路功率相加)输出，从而实现大功率。所以功率分配与合成技术成为固态放大技术中的关键技术，必不可少。随着军用民用的大功率需求不断增加，功率分配/合成所用的功率分配器/合路器就显得越来越重要了。
4.所谓功率合成器，属于无源微波器件，一般用在将多路射频信号合成为一路的场合；它与功率分配器是互异的，将功率合成器反过来用它就是一个功率分配器，可以将一路射频信号分配成为多路，对于短波段功率合成器，该技术与常规微波产品的波段和功率皆不相同，如果利用微波段分布参数方法来设计，考虑到短波的波长很长，器件的尺寸就会很大，同时传统微带板也不能承受大功率，
5.目前中国仅有部分单位从事小功率的短波段功率合成器的研制，而很少有大功率功率合成器的产品生产。国外生产的大功率器件大多直接用于军事项目，相关的产品被封锁、禁运，故在中国展开相关的技术研究和产品研制，以满足军事民用工程的需要是必不可少的，具有非常重要的意义。
6.由此可见，如何提高短波段功率合成器的工作效率为本领域需解决的问题。


技术实现要素：

7.针对于现有短波段功率合成器存在合成效率低的技术问题，本方案的目的在于提供一种宽带大功率多路功率合成器，其通过将具有分布参数的传输线和铁氧体变压器技术相结合，既保持了传统变压器尺寸小宽带大的优点，又吸收了分布参数的传输线在高频率下工作，大大提高了短波段功率合成器的合成效率，很好地克服了现有技术所存在的问题。
8.为了达到上述目的，本实用新型提供的一种宽带大功率多路功率合成器，包括壳
体，输入输出单元，以及设置于壳体内部的上层基板和下层基板，两个四合一输压功率合成单元，阻抗转换单元和二合一输压功率合成单元；所述两个四合一输压功率合成单元和二合一输压功率合成单元分别对称设置在上层基板和下层基板上并分别通过阻抗转换单元进行连接匹配；所述输入输出单元设置于壳体的一端并接通于壳体内部，将外部8路信号分别传输给两个四合一输压功率合成单元合成为两路信号，再传输给二合一输压功率合成单元，将两路信号合成为一路信号后通过输入输出单元进行输出。
9.进一步地，所述壳体内部为空腔体；所述壳体的第一端设置用于安置输入输出单元的若干接口。
10.进一步地，所述壳体外部的第二端设有若干散热片。
11.进一步地，所述壳体第一端设有风机；所述壳体第一端对面的第二端面板上设有若干通风孔；所述风机与对面的若干通风孔配合可形成对流将壳体内部的热气进行散热。
12.进一步地，所述两个四合一输压功率合成单元分别为第一前级磁环组和第二前级磁环组；第一前级磁环组和第二前级磁环组相对设置，将8路信号分成对称的两组进行功率合成，形成两路信号。
13.进一步地，所述二合一输压功率合成单元为后级磁环组，将两路信号合成为一路信号后并与输入输出单元连接，通过输入输出单元输出。
14.进一步地，所述阻抗转换单元设置于上层基板上；所述阻抗转换单元分别与两个四合一输压功率合成单元以及和二合一输压功率合成单元进行连接；所述阻抗转换单元为1:2的自耦变压器。
15.进一步地，所述输入输出单元与四合一输压功率合成单元之间设有电阻平衡单元；所述电阻平衡单元分别与输入输出单元与四合一输压功率合成单元连接；所述电阻平衡单元为厚膜平衡电阻；所述厚膜平衡电阻设置于散热片上。
16.进一步地，所述下层基板上还设有耦合器，并配合设置耦合温控接头使用，可对外输出小信号。
17.进一步地，所述耦合温控接头设置于壳体的第一端上并与耦合器接通。
18.本方案提供的宽带大功率多路功率合成器，其通过将具有分布参数的传输线和铁氧体变压器技术相结合，既保持了传统变压器尺寸小宽带大的优点，又吸收了分布参数的传输线在高频率下工作，提高了短波段功率合成器的合成效率。
19.同时在铁氧体变压器所在的线路配合设置阻抗单元，可以实现多路系统阻抗的完美匹配，大大地提高了短波段功率合成器工作的稳定性。
附图说明
20.以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本实用新型。
21.图1为本宽带大功率多路功率合成器的整体结构示意图；
22.图2为本宽带大功率多路功率合成器中线路工作原理示意图。
23.下面为附图中的部件标注：
24.100.壳体110.散热片120.风机130.通风孔210.n型接头220.if70接头310.厚膜平衡电阻410.上层基板420.下层基板510.第一前级磁环组520.第二前级磁环组610.自耦式变压器710.后级磁环组810.耦合器820.耦合温控接头。
具体实施方式
25.为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
26.针对于现有短波段功率合成器存在合成效率低的技术问题，本方案基于此技术问题，提供了一种短波段宽带大功率8路功率合成器，其通过将具有分布参数的传输线和铁氧体变压器技术相结合，既保持了传统变压器尺寸小宽带大的优点，尺寸为692x610x266mm，同时又吸收了分布参数的传输线在高频率下工作，大大提高了短波段功率合成器的合成效率，
27.具体的，本短波段功率其包括壳体100，输入输出单元，电阻平衡单元，四合一输压功率合成单元，阻抗转换单元和二合一输压功率合成单元；其中，输入输出单元，电阻平衡单元，四合一输压功率合成单元，阻抗转换单元和二合一输压功率合成单元均采用传输线进行连接。
28.这里传输线优选采用50ω聚四氟乙烯的高温镀银同轴电缆，保证产品可以在较宽的温度范围内工作，可以满足大功率信号的传输；同时，同轴电缆特性阻抗确定，使用方便，耦合系数k≈1，无漏感，在高频使用可以获得更好的高频性能。
29.参见图1，其中，壳体100为各部件的安装体和保护体；其内部为空腔体，用于放置电阻平衡单元，四合一输压功率合成单元，阻抗转换单元和二合一输压功率合成单元；将电阻平衡单元，四合一输压功率合成单元，阻抗转换单元和二合一输压功率合成单元集合在壳体内部，对其进行保护。
30.同时，壳体100外部的第一端设置若干接口并通入壳体100内部组件中，用于设置输入输出单元，通过输入输出单元将外部信号引入内部处理元件中进行信号的处理并同时进行输出。
31.其次，壳体100上对应设有温控检测传感器并与外部控制系统连接，用于实时检测短波段功率合成器在工作时的温度并通过外部控制系统进行监测，以防短波段功率合成器在工作时由于温度过高而影响短波段功率合成器工作的稳定性。
32.对于短波段功率合成器存在工作长而产生高温的此技术问题，本方案在壳体100上对应设置有散热结构。
33.散热结构包括散热片110及风机120；其中，散热片110设置于壳体100的第二端并与壳体100内部的大功率电阻平衡单元配合连接，用于将电阻平衡单元在工作时所产生的热量散发出去。
34.另外，壳体100的第二端的外部上设有若干通风孔130，并在对面壳体100的第一端设有风机120，通过风机120与对面外板的若干通风孔130形成对流，能够保证壳体100内部大功率的电阻平衡单元在工作时所产生的热量能够通过风冷方式顺利的排出进行冷却。
35.这里本方案中输入输出单元包括三个接头，其分别为n型接头210，if70接头220和耦合温控接头820，分别用于外接用；其中，n型接头210为输入接头，if70接头220和耦合温控接头820均为输出接头，
36.外部8路信号通过n型接头210输入后，先通过电阻平衡单元对每路输入信号进行平衡消除每路输入信号的幅度和相位差异，防止掉路导致不平衡。
37.其中，电阻平衡单元为大功率的厚膜平衡电阻310，大功率的厚膜平衡电阻安装在
多片散热,110上，并通过风机120和通风孔130的对流将热量传递出去，进行冷却，保证了大功率厚膜平衡电阻310工作的稳定性。
38.外部信号通过厚膜平衡电阻310进行平衡后输入合成单元；其中合成单元包括上下两层对称设置的两块基板，两个四合一输压功率合成单元，阻抗转换单元和二合一输压功率合成单元。
39.其中，两层基板有支撑固定合成单元和绝热的功能；两个四合一输压功率合成单元，阻抗转换单元设置于上层基板410；二合一输压功率合成单元设置于下层基板420；将四合一输压功率合成单元和二合一输压功率合成单元分成上下两层设计，这样不仅减小了整体产品的体积，缩短了线路长度，同时也优化了风机120的通风效果。
40.进一步地，两个四合一输压功率合成单元设置于上层基板410上；当8路信号通过厚膜平衡电阻310进行平衡后分别输入至前级两个四合一输压功率合成单元，将8路信号分别分成传输至两个四个一输压功率合成单元进行合成。
41.其中，两个四合一输压功率合成单元分别为第一前级磁环组510和第二前级磁环组520；第一前级磁环组510和第二前级磁环组520相对设置并采用两个对称的四合一输压功率合成单元，巧妙地将8路信号分成对称的两组进行功率合成，避免了多路系统复杂繁琐的线路。
42.其中，为考虑磁芯的磁导率和磁芯上限截止频率，以满足宽带频段的要求，第一前级磁环组510和第二前级磁环组520优选用功率型低损耗磁环，q值较大，通过多片磁环叠片结构使磁芯的有效截面积增大，以尽可能减少绕组匝数，降低传输线电长度，改善高频性能。
43.同时使用q值较大的低损耗磁环，加强耦合，有效降低了磁芯损耗；且优选采用双磁环组绕制线圈，实现较大的功率容量，避免磁感应饱和。
44.当信号在四合一输压功率合成单元将8路信号合成两路信号后传输至后级的二合一输压功率合成单元。
45.二合一输压功率合成单元设置于下层基板420上，用于将两路信号合成为一路通过if70接头220进行输出。
46.二合一输压功率合成单元是由后级磁环组710组成。
47.后级磁环组710同样为更大尺寸功率型低损耗磁环，q值较大，通过多片磁环叠片结构使磁芯的有效截面积增大，以尽可能减少绕组匝数，降低传输线电长度，改善高频性能，有效降低了磁芯损耗，并优先采用双磁环组绕制线圈，加强耦合，实现较大的功率容量，最终实现二合一的功率合成。
48.本方案采用对称的布线设计以保证个分路信号的均匀，前级采用两个四合一输压功率合成单元，后级采用二合一输压功率合成单元合成输出，提高了系统的隔离度，使得8路信号可以平衡均匀的分配合成。
49.同时，根据前后级不同的参数要求，计算选用不同尺寸和参数的磁环，利用高磁导率，低损耗的磁芯多片叠合，加强耦合，有效降低了磁芯损耗，并优先采用双磁环组绕制线圈，实现较大的功率容量。
50.其次，为达到前级的四合一输压功率合成单元和后级的二合一输压功率合成单元的匹配，之间增设了阻抗变换单元，其为一个1:2的自耦式的变压器610。
51.自耦变压器610设置于上层基板410上，分别与两个前级的四合一输压功率合成单元以及和后级的二合一输压功率合成单元连接，分别对两个前级的四合一输压功率合成单元和后级的二合一输压功率合成单元进行阻抗的转换，实现系统阻抗的完美匹配。
52.为便于客户进行小信号测量，系统集成了耦合器810。
53.耦合器810设置于下层基板420上，并配合耦合温控接头820使用；耦合温控接头820设置于壳体100的第一端上，与耦合器810配合使用，可以输出测量小信号。
54.这里需要说明的是，整个系统中，传输线绕在磁芯上存在寄生电感，焊点阻抗失配，从而影响驻波比，插入损耗，隔离度等指标参数，因此需借助网络矢量分析仪对产品进行实测和计算，对局部线路进行电容电感补偿，优化调整指标参数。
55.以下举例说明一下本方案在使用时的工作过程；这里需要说明下述内容只是本方案的一种具体应用示例，并不对本方案构成限定。
56.首先通过n型接头210将8路外部信号输入，先通过电阻平衡单元中的厚膜电阻片310进行每路输入信号的幅度和相位差异的消除；在大功率厚膜电阻片310进行工作时，通过散热片110进行散热，同时风机120与通风孔130形成对流对厚膜电阻片进310行冷却。
57.参见图2，当8路信号通过厚膜电阻片进310平衡后，传输至前级的两个四合一输压功率合成单元，通过两个四合一输压功率合成单元将8路信号对称合成为两路信号。
58.将8路信号合成两路信号后，在传输至后级的二合一输压功率合成单元，通过二合一输压功率合成单元将两路信号合成为一路信号后通过if70接头220进行输出。
59.同时，也可通过耦合温控接头820和系统内部的耦合器810配合进行小信号测量。
60.由上述方案构成的宽带大功率多路功率合成器，其巧妙地将升降阻抗的功率合成单元结合在一起，避免了多路系统复杂繁琐的线路，减少了合成的级数，极大地提高了合成的效率；
61.同时合理布局，尽量缩短了传输线电长度，改善了系统的高频性能，大大提高了工作宽带；
62.另外，通过对整体线路系统的优化，功率的传递路径最短，以实现各项性能指标优异。
63.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。