一种大功率合成器、合成方法及设计方法与流程

本发明涉及一种大功率合成器、合成方法及设计方法。

背景技术：

1、在进行电磁兼容项目的测试时，为使设备产生更强的辐射信号，需要对设备中的功率放大器进行改造以增大其输出功率。然而，现有功率放大器存在输出功率不足的问题，无法满足电磁兼容测试的功率要求。这会直接导致测试设备无法产生足够强度的辐射信号，从而无法有效进行电磁兼容性测试。为解决功率放大器输出功率不足的问题，需要开发大功率合成器，通过合成功率放大器的输出，获得更大的功率。在此背景下，大功率合成器的研发就变得尤为关键和迫切。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是为了提供一种大功率合成器、合成方法及设计方法，以解决以上技术问题。

2、本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

3、一种大功率合成器，包括传输线变压器t1、传输线变压器t2、传输线变压器t3和传输线变压器t4，所述传输线变压器t1的第1端口接入输入端口p1，所述传输线变压器t2的第1端口接入输入端口p2，所述输入端口p1、输入端口p2用于与射频功率放大器相连，以使得射频功率放大器的射频信号能够通过输入端口p1、输入端口p2经过相应的传输线变压器；

4、所述输入端口p1、传输线变压器t1的第1端口、传输线变压器t1的第2端口构成一射频信号的路径；

5、所述输入端口p2、传输线变压器t2的第1端口、传输线变压器t2的第2端口构成另一射频信号的路径；

6、所述传输线变压器t1的第3端口与传输线变压器t2的第3端口之间设置有隔离电阻r1，所述传输线变压器t1的第4端口与传输线变压器t2的第4端口之间设置有隔离电阻r2；

7、所述传输线变压器t1的第2端口和传输线变压器t2的第2端口之间具有一用于合成分别经过上述两路径的射频信号的交汇处；

8、所述传输线变压器t3、传输线变压器t4连接于上述交汇处，用于对合成后的射频信号进行阻抗匹配；

9、所述传输线变压器t4的第2端口接入用于连接后级系统的输出端口p3，使得经阻抗匹配的射频信号向后级系统输出。

10、优选的，所述传输线变压器t1的第1端口、第2端口位于一侧，所述传输线变压器t1的第3端口、第4端口位于另一侧。

11、优选的，所述传输线变压器t1的第3端口、第4端口与所述传输线变压器t2的第3端口、第4端口相邻分布。

12、优选的，所述传输线变压器t3的端口分布位置与传输线变压器t1的端口分布位置相同，所述传输线变压器t4的端口分布位置与传输线变压器t2的端口分布位置相同。

13、优选的，所述输入端口p1、输入端口p2之间连接有平衡线。

14、一种大功率合成器的合成方法，包括以下步骤：

15、步骤a）信号输入与隔离

16、通过输入端口p1、输入端口p2分别向相应的传输线变压器t1、传输线变压器t2输入射频信号，得到进入传输线变压器t1的第一路射频信号、进入传输线变压器t2的第二路射频信号；

17、通过位于传输线变压器t1、传输线变压器t2之间的隔离电阻r1、隔离电阻r2，实现第一路射频信合和第二路射频信号之间的隔离；

18、步骤b）信号流向与合成

19、第一路射频信号依次经过传输线变压器t1的第1端口和第2端口；

20、第二路射频信号依次经过传输线变压器t2的第1端口和第2端口；

21、第一路射频信号、第二路射频信号进入相应的传输线变压器时，相应的传输线变压器的第3端口、第4端口产生反向电流；

22、两路射频信号在分别经过相应的传输线变压器的第2端口后，在传输线变压器t1、传输线变压器t2交汇处进行合成，得到合成后的大功率信号；

23、步骤c）阻抗匹配与信号输出

24、合成后的大功率信号经传输线变压器t3、传输线变压器t4，完成阻抗匹配，使得其阻抗符合后级系统要求的阻抗；

25、合成后且符合阻抗的大功率信号从输出端口p3向后级系统输出。

26、优选的，步骤a）中，连接在输入端口p1和输入端口p2之间的平衡线对进入传输线变压器t1和传输线变压器t2的第一路射频信号、第二路射频信号进行幅度和相位响应的调整。

27、一种大功率合成器的平衡线设计方法，包括以下步骤：

28、步骤1：设定合成器的频率范围，分析输入端口p1、输入端口p2的频率响应，根据分析结果确定输入端口p1或输入端口p2的平衡线长度

29、所述步骤1具体包括：

30、步骤1.1：在设定的合成器的频率范围内，获取输入端口p1和输入端口p2在不同频率下的幅度响应和相位响应；

31、步骤1.2：根据幅度响应和相位响应的差异，计算需要引入的电长度差值；

32、步骤1.3：将电长度差值转换为平衡线的物理长度；

33、步骤1.4：仿真优化和实际测试调式，确定最终平衡线的长度；

34、步骤2：利用该平衡线对输入端口p1或输入端口p2的幅度和相位进行补偿调节，实现输入端口p1、输入端口p2在全频带内幅相响应的平衡。

35、优选的，所述平衡线的物理长度=(电长度差值/360)*光速）*速率因子/频率。

36、本发明的有益技术效果：

37、本发明提供的大功率合成器及合成方法在对两路射频信号进行合成时能够确保这两路信号在合成前不会相互干扰，从而最大限度地保留两路信号的完整能量；同时在射频信号经过传输线变压器时，能够确保它们在磁芯中产生的磁通得到了平衡，避免了磁芯进入饱和状态而导致的不良影响，因此通过本发明的大功率合成器及合成方法能够解决功率放大器输出功率不足的问题。

38、本发明中通过根据电长度差值来计算物理长度的方法，可以根据输入端口p1和输入端口p2的频率响应差异来设计出一个合适的平衡线，使得两个端口的频率响应在全频带内保持平衡，这对于提高功率合成器的性能至关重要，实际上，这种方法可以使得功率合成器在更宽的频率范围内工作，同时保持较高的输出功率和效率，另外根据分析结果确定输入端口p1或输入端口p2的平衡线长度的步骤是一个理论计算和仿真验证相结合的过程，它可以减少不必要的硬件修改，降低设计难度，提高设计效率。

技术特征：

1.一种大功率合成器，其特征在于，包括传输线变压器t1、传输线变压器t2、传输线变压器t3和传输线变压器t4，所述传输线变压器t1的第1端口接入输入端口p1，所述传输线变压器t2的第1端口接入输入端口p2，所述输入端口p1、输入端口p2用于与射频功率放大器相连，以使得射频功率放大器的射频信号能够通过输入端口p1、输入端口p2经过相应的传输线变压器；

2.根据权利要求1所述的一种大功率合成器，其特征在于，所述传输线变压器t1的第1端口、第2端口位于一侧，所述传输线变压器t1的第3端口、第4端口位于另一侧。

3.根据权利要求2所述的一种大功率合成器，其特征在于，所述传输线变压器t1的第3端口、第4端口与所述传输线变压器t2的第3端口、第4端口相邻分布。

4.根据权利要求3所述的一种大功率合成器，其特征在于，所述传输线变压器t3的端口分布位置与传输线变压器t1的端口分布位置相同，所述传输线变压器t4的端口分布位置与传输线变压器t2的端口分布位置相同。

5.根据权利要求1所述的一种大功率合成器，其特征在于，所述输入端口p1、输入端口p2之间连接有平衡线。

6.一种大功率合成器的合成方法，其特征在于，所述大功率合成器为权利要求5所述的大功率合成器，所述合成方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的大功率合成器的合成方法，其特征在于，步骤a）中，连接在输入端口p1和输入端口p2之间的平衡线对进入传输线变压器t1和传输线变压器t2的第一路射频信号、第二路射频信号进行幅度和相位响应的调整。

8.一种大功率合成器的平衡线设计方法，其特征在于，所述大功率合成器为权利要求5所述的大功率合成器，所述平衡线设计方法包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种大功率合成器的平衡线设计方法，其特征在于，所述平衡线的物理长度=(电长度差值/360)*光速）*速率因子/频率。

技术总结
本发明公开了一种大功率合成器、合成方法及设计方法，大功率合成器包括传输线变压器T1、传输线变压器T2、传输线变压器T3和传输线变压器T4，所述传输线变压器T1的第1端口接入输入端口P1，所述传输线变压器T2的第1端口接入输入端口P2，所述输入端口P1、输入端口P2用于与射频功率放大器相连。本发明提供的大功率合成器及合成方法在对两路射频信号进行合成时能够确保这两路信号在合成前不会相互干扰，同时在射频信号经过传输线变压器时，能够确保它们在磁芯中产生的磁通得到了平衡，避免了磁芯进入饱和状态而导致的不良影响，因此通过本发明的大功率合成器及合成方法能够解决功率放大器输出功率不足的问题。

技术研发人员：马晓奔,宋玉清,李荣明
受保护的技术使用者：南京纳特通信电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16