一种谐振腔式多路功率合成器的制作方法

本技术属于电子信息/射频/广播电视无源器件领域，具体涉及一种谐振腔式多路功率合成器。

背景技术：

1、超大功率合成器是超大功率射频系统中的重要组成部分，在基础科学研究、核物理、军事、农业、医疗等领域都有重要应用。超大功率合成器将多个功率源的输出功率合成在一起，功率可达上百千瓦乃至兆瓦等级。为了实现所需的功率等级，有的功率合成系统需要将几百个甚至几千个功放单元的输出功率合成到一起进行应用，这就需要开发具有多路输入的功率合成系统。

2、功率合成器具有多种结构和类型。按照功率等级分，功率合成器可以划分为芯片级功率合成器(chip-level combiners)、电路级功率合成器(circuit-level combiners)、空间功率合成器(spacial combiners)和其它功率合成器(other combiners)。其中，电路级功率合成器是功率等级适中的功率合成器类别，适合将多个功放模块的输出功率进行合成并加以应用。按照是否包含谐振腔进行划分，电路级功率合成器可以分为谐振腔式功率合成器(resonant cavity combiners)和非谐振腔式功率合成器(nonresonant cavitycombiners)。图1示出了功率合成器的划分。

3、谐振腔式功率合成器和非谐振腔式功率合成器各有特点，会被应用在不同的射频系统中。非谐振腔式功率合成器中不包含谐振腔，其工作带宽可以设计的更宽，结构类型也更多。而谐振腔式功率合成器中包含谐振腔，正是因为谐振腔的存在，谐振腔式功率合成器的工作带宽一般较窄，适合应用在窄带射频系统中；但谐振腔式功率合成器的插入损耗更低，合成器的合成效率更高，非常适合应用在有多路数合成需求的大功率射频系统中。

4、带谐振腔的径向功率合成器是一种常用的具备多路输入的功率合成器，这种结构的功率合成器带有一个谐振频率设计在合成器工作频率的谐振腔，合成器的输入端口和输出端口分别安装在谐振腔的侧壁和上盖板(或下盖板)上。图2示出了一个典型的圆柱谐振腔tm010模式256路径向功率合成器。

5、图2示出的圆柱谐振腔tm010模式256路径向功率合成器具备以下特点：

6、1、谐振腔为近似的圆柱谐振腔，实际上采用了截面为正32边形的柱形腔近似了圆柱谐振腔，这样做的目的，一是便于腔体加工，二是便于安装功率合成器的各输入端口；

7、2、谐振腔的工作模式为tm010模。这种模式的谐振频率，谐振腔中的电场方向平行于圆柱腔的轴线，且谐振腔中与谐振腔轴线距离相等的各点上的电场强度基本相等也就是说，谐振腔的等电场强度线是多组圆心位于谐振腔轴线的同心圆。特别的，这种工作模式的谐振频率与圆柱谐振腔的高度无关，仅由圆柱谐振腔的直径决定；对于工作在较低频率(如vhf或uhf频段)，这种tm010模式的圆柱谐振腔的尺寸是比较大的。例如，对于工作频率是650mhz的圆柱谐振腔功率合成器，其腔体直径大约为350mm；而对于工作频率是162.5mhz的圆柱谐振腔功率合成器，其腔体直径大约为1400mm；

8、3、功率合成器的输入端口位于圆柱谐振腔的侧壁上，输出端口位于圆柱谐振腔的上盖板(或下盖板)上。

9、上述结构的径向功率合成器，要求所有与之相连的功放模块都围绕合成器进行排布和连接，整套功率源被形象的成为“塔式结构功率源”。这种结构的功率源和功率合成器存在最大的问题，就是系统结构过于复杂，占地面积较大，无法将整套功率源系统装到标准结构的机柜中，不利于后期维护和复制扩展。虽然tm010工作模式的谐振频率与圆柱谐振腔的高度无关，为了节省占地空间可以将谐振腔的高度尽量设计的小一些，但仍无法将大直径的圆柱谐振腔放到标准机柜中。

技术实现思路

1、实用新型目的：为解决现有谐振腔式功率合成器因为体积大，无法放入标准机柜的问题，本实用新型提出了一种谐振腔式多路功率合成器。

2、技术方案：一种谐振腔式多路功率合成器，包括：多个输入端口、1个输出端口和1个矩形谐振腔；

3、多个所述输入端口设置在矩形谐振腔的侧壁上，所述输出端口设置在矩形谐振腔的底面上；

4、所述矩形谐振腔为te110模式工作频率在650mhz的谐振腔。

5、进一步的，所述输入端口采用热插拔与功放单元的输出端口连接。

6、进一步的，在每个所述输入端口处设有耦合环，该耦合环伸入到矩形谐振腔中，多个耦合环关于矩形谐振腔的中线左右对称。

7、进一步的，在所述输出端口处设有耦合探针，该耦合探针为蘑菇头状结构，该蘑菇头状结构伸入到矩形谐振腔中。

8、进一步的，在矩形谐振腔的盖板上设有多个用于调节功率合成器工作频率的螺柱。

9、进一步的，所述输入端口的数量为4个、6个、8个、10个、12个或16个。

10、进一步的，当输入端口的数量为16个时，一组8个输入端口设置在矩形谐振腔的一侧壁上，另一组8个输入端口设置在矩形谐振腔的另一侧壁上，2组输入端口呈镜像对称分布。

11、有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

12、(1)本实用新型公开的谐振腔多路功率合成器创新的采用了矩形谐振腔作为合成器的主体，谐振腔工作模式为te110，合成器的工作频率由谐振腔的底面宽边和底面窄边两个尺寸决定，与谐振腔的高度无关；

13、(2)本实用新型公开的谐振腔多路功率合成器，其8个输入端口位于谐振腔的一个宽边侧壁上，输出端口位于谐振腔的上底面上，该合成器可以放在功率源机柜的后方，与8个功放模块直接相连，这种结构使得功放模块的更换会非常方便，也有利于整套功率源的复制；

14、(3)本实用新型公开的谐振腔多路功率合成器的另一个宽边侧壁上同样可以放置8个输入端口，而输出端口位置不变。这样，该功率合成器就实现了16路功率合成，这种结构的功率合成器非常适合应用在包含2行功放模块、每行包含8个功放模块的功率源配置上，允许16个功放模块一次合成，极大的简化功率合成系统的复杂程度，提高合成效率。

技术特征：

1.一种谐振腔式多路功率合成器，其特征在于：包括：多个输入端口、1个输出端口和1个矩形谐振腔；

2.根据权利要求1所述的一种谐振腔式多路功率合成器，其特征在于：所述输入端口采用热插拔与功放单元的输出端口连接。

3.根据权利要求1所述的一种谐振腔式多路功率合成器，其特征在于：在每个所述输入端口处设有耦合环，该耦合环伸入到矩形谐振腔中，多个耦合环关于矩形谐振腔的中线左右对称。

4.根据权利要求1所述的一种谐振腔式多路功率合成器，其特征在于：在所述输出端口处设有耦合探针，该耦合探针为蘑菇头状结构，该蘑菇头状结构伸入到矩形谐振腔中。

5.根据权利要求1所述的一种谐振腔式多路功率合成器，其特征在于：在矩形谐振腔的盖板上设有多个用于调节功率合成器工作频率的螺柱。

6.根据权利要求1所述的一种谐振腔式多路功率合成器，其特征在于：所述输入端口的数量为4个、6个、8个、10个、12个或16个。

7.根据权利要求6所述的一种谐振腔式多路功率合成器，其特征在于：当输入端口的数量为16个时，一组8个输入端口设置在矩形谐振腔的一侧壁上，另一组8个输入端口设置在矩形谐振腔的另一侧壁上，2组输入端口呈镜像对称分布。

技术总结
本技术公开了一种谐振腔式多路功率合成器，包括：多个输入端口、1个输出端口和1个矩形谐振腔；多个输入端口设置在矩形谐振腔的侧壁上，输出端口设置在矩形谐振腔的底面上；矩形谐振腔为TE110模式工作频率在650MHz的谐振腔；本技术公开的谐振腔多路功率合成器创新的采用了矩形谐振腔作为合成器的主体，谐振腔工作模式为TE110，合成器的工作频率由谐振腔的底面宽边和底面窄边两个尺寸决定，与谐振腔的高度无关；这种结构使得功放模块的更换会非常方便，也有利于整套功率源的复制。

技术研发人员：王轶冬,王一帆,隋强,徐芳
受保护的技术使用者：成都德是和通信科技有限公司
技术研发日：20230707
技术公布日：2024/1/15