一种应用于超短波的大功率合成器

技术领域

本发明属于大功率合成领域，尤其是涉及一种应用于超短波的大功率合成器。

背景技术

随着微波晶体管的设计和制造水平的不断提高，在雷达、无线通信、电子对抗等领域全固态发射机正在不断取代原有的电子管发射机。但微波晶体管放大器的输出功率相对于电真空器件放大器的输出功率要小得多，故固态发射机必须采用多个微波晶体管并联合成的架构。对于这个合成架构的关键器件就是超千瓦的大功率合成器。如果采用同轴波导的架构，由于超短波的波长较长，故架构体积会很大，如果采用威尔金森合成器的架构，其架构中的隔离电阻嵌入到电路网络中，考虑到隔离电阻散热和耐受功率的问题，威尔金森合成器的合成功率一般不超过100W(连续波)，故无法实现超千瓦的合成功率。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种应用于超短波的大功率合成器，以解决现有合成器的超短波频段合成功率低的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种应用于超短波的大功率合成器，包括介质基板、介质基板上表面设置的主微带贴片、以及介质基板下表面设置的接地面；所述主微带贴片为U型结构，主微带贴片中部异于其开口的一侧设有合路微带贴片；所述主微带贴片一端设有第一边缘微带贴片，另一端设有第二边缘微带贴片，所述第一边缘微带贴片和第二边缘微带贴片对应设置，第一边缘微带贴片和第二边缘微带贴片之间通过连接组件连接；

所述连接组件包括依次连接的第一连接微带贴片、第一同轴电缆线内导体、第一转接微带贴片、第二同轴电缆线内导体、第二转接微带贴片、第三同轴电缆线内导体、以及第二连接微带贴片；所述第一连接微带贴片一端与第一边缘微带贴片连接，另一端与第一同轴电缆线内导体连接；所述第二连接微带贴片一端与第二边缘微带贴片连接，另一端与第三同轴电缆线内导体连接；

所述连接组件还包括依次连接的第四同轴电缆线内导体、第三转接微带贴片、第五同轴电缆线内导体、第四转接微带贴片、以及第六同轴电缆线内导体；所述第四同轴电缆线内导体一端与第一转接微带贴片连接，另一端与第三转接微带贴片连接，所述第三转接微带贴片通过第一负载电阻与接地面连接；所述第六同轴电缆线内导体一端与第二转接微带贴片连接，另一端与第四转接微带贴片连接，所述第四转接微带贴片通过第二负载电阻与接地面连接；

所述第一同轴电缆线、第二同轴电缆线、第三同轴电缆线、第四同轴电缆线、第五同轴电缆线以及第六同轴电缆线的外导体均与接地面连接。

进一步的，所述第一边缘微带贴片和第二边缘微带贴片均一端与主微带贴片连接，另一端距离介质基板边缘0.2mm设置。

进一步的，所述合路微带贴片一端与主微带贴片连接，另一端距离介质基板边缘0.2mm设置。

进一步的，所述主微带贴片包括依次连接的第一子贴片、第一扇形贴片、第二子贴片、第三子贴片、第二扇形贴片以及第四子贴片，所述第一子贴片一端与第一扇形贴片连接，另一端与第一边缘微带贴片连接；所述合路微带贴片对应第二子贴片与第三子贴片连接处设置；所述第四子贴片一端与第二扇形贴片连接，另一端与第二边缘微带贴片连接。

进一步的，所述第一扇形贴片和第二扇形贴片的角度均为90度。

进一步的，所述连接组件对应主微带贴片的凹槽设置。

进一步的，所述的介质基板采用聚四氟乙烯制作，介电常数为2.55。

进一步的，所述接地面的四周距离介质基板边缘均为0.2mm。

进一步的，所述第一同轴电缆线、第三同轴电缆线、第四同轴电缆线以及第六同轴电缆线的特性阻抗均为50Ω；所述第二同轴电缆线和第五同轴电缆线的特性阻抗均为25Ω。

进一步的，所述第一负载电阻和第二负载电阻的阻值均为50Ω，额定功率均为300W。

相对于现有技术，本发明所述的一种应用于超短波的大功率合成器具有以下优势：

(1)本发明所述的一种应用于超短波的大功率合成器，应用微带线和同轴电缆线结合的新型架构，这种架构的设计将隔离电阻的一端引出连接到地，与隔离电阻为嵌入型的架构相比更有利于隔离电阻的散热，使合成器的合成功率更大，架构上设计了两级同轴电缆线既增加了相对带宽，又提高了端口隔离度，应用同轴电缆替代微带线可以缩减合成器的尺寸。此外，这种合成器还具有结构新颖、简单，制作成本低的特点。

(2)本发明所述的一种应用于超短波的大功率合成器既继承了威尔金森合路器制作简单，隔离度高，成本低，易于多级级联拓展带宽的优点，又解决了威尔金森合成功率小的缺点；此外，这种合成器既拥有了同轴波段合成功率高的特性，又实现了小型化的目标。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述一种应用于超短波的大功率合成器的结构示意图；

图2为本发明实施例所述一种应用于超短波的大功率合成器中介质基板下表面的结构示意图；

图3为本实施例所述一种应用于超短波的大功率合成器的回波损耗曲线图；

图4为本实施例所述一种应用于超短波的大功率合成器的传输损耗曲线图；

图5为本实施例所述一种应用于超短波的大功率合成器的分路端口隔离度曲线图。

附图标记说明：

1、合路微带贴片；2、第二子贴片；3、第三子贴片；4、第一扇形贴片；5、第二扇形贴片；6、第一子贴片；7、第四子贴片；8、第一边缘微带贴片；9、第二边缘微带贴片；10、第一连接微带贴片；11、第二连接微带贴片；12、第一转接微带贴片；13、第二转接微带贴片；14、第三转接微带贴片；15、第四转接微带贴片；16、第一同轴电缆线；17、第三同轴电缆线；18、第四同轴电缆线；19、第六同轴电缆线；20、第二同轴电缆线；21、第五同轴电缆线；22、第一负载电阻；23、第二负载电阻；24、介质基板；25、接地面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

一种应用于超短波的大功率合成器，如图1至图5所示，包括介质基板24、介质基板24上表面设置的主微带贴片、以及介质基板24下表面设置的接地面25；所述主微带贴片为U型结构，主微带贴片中部异于其开口的一侧设有合路微带贴片1；所述主微带贴片一端设有第一边缘微带贴片8，另一端设有第二边缘微带贴片9，所述第一边缘微带贴片8和第二边缘微带贴片9对应设置，第一边缘微带贴片8和第二边缘微带贴片9之间通过连接组件连接。

其中，连接组件包括依次连接的第一连接微带贴片10、第一同轴电缆线16内导体、第一转接微带贴片12、第二同轴电缆线20内导体、第二转接微带贴片13、第三同轴电缆线17内导体、以及第二连接微带贴片11；所述第一连接微带贴片10一端与第一边缘微带贴片8连接，另一端与第一同轴电缆线16内导体连接；所述第二连接微带贴片11一端与第二边缘微带贴片9连接，另一端与第三同轴电缆线17内导体连接。

此外，连接组件还包括依次连接的第四同轴电缆线18内导体、第三转接微带贴片14、第五同轴电缆线21内导体、第四转接微带贴片15、以及第六同轴电缆线19内导体；所述第四同轴电缆线18内导体一端与第一转接微带贴片12连接，另一端与第三转接微带贴片14连接，所述第三转接微带贴片14通过第一负载电阻22与接地面25连接；所述第六同轴电缆线19内导体一端与第二转接微带贴片13连接，另一端与第四转接微带贴片15连接，所述第四转接微带贴片15通过第二负载电阻23与接地面25连接；所述第一同轴电缆线16、第二同轴电缆线20、第三同轴电缆线17、第四同轴电缆线18、第五同轴电缆线21以及第六同轴电缆线19的外导体均与接地面25连接。

示例性的，第一转接微带贴片12、第二转接微带贴片13、第三转接微带贴片14以及第四转接微带贴片15的长宽尺寸均为8.6mm×8.6mm。

可选的，第一边缘微带贴片8和第二边缘微带贴片9均一端与主微带贴片连接，另一端距离介质基板24边缘0.2mm设置。合路微带贴片1一端与主微带贴片连接，另一端距离介质基板24边缘0.2mm设置。示例性的，第一边缘微带贴片8、第二边缘微带贴片9以及合路微带贴片1的长宽尺寸均为15mm×8.6mm。

可选的，所述主微带贴片包括依次连接的第一子贴片6、第一扇形贴片4、第二子贴片2、第三子贴片3、第二扇形贴片5以及第四子贴片7，所述第一子贴片6一端与第一扇形贴片4连接，另一端与第一边缘微带贴片8连接；所述合路微带贴片1对应第二子贴片2与第三子贴片3连接处设置；所述第四子贴片7一端与第二扇形贴片5连接，另一端与第二边缘微带贴片9连接。

示例性的，第一子贴片6、第二子贴片2、第三子贴片3以及第四子贴片7均为矩形微带贴片，上述子贴片的宽度尺寸均为5.3mm。其中，第二子贴片2和第三子贴片3的长度尺寸为64.3mm，第一子贴片6和第四子贴片7的长度尺寸均为158.8mm

可选的，所述第一扇形贴片4和第二扇形贴片5的角度均为90度，中心线半径尺寸为5.2mm。

在实际应用过程中，上述连接组件对应主微带贴片的凹槽设置。

可选的，所述的介质基板24采用聚四氟乙烯制作，介电常数为2.55，其长宽高尺寸为205.6mm×173.6mm×3mm。示例性的，接地面25的四周距离介质基板24边缘均为0.2mm。

可选的，第一同轴电缆线16、第三同轴电缆线17、第四同轴电缆线18以及第六同轴电缆线19的特性阻抗均为50Ω，具体型号为SFX-50-3，其长度均为208mm。此外，第二同轴电缆线20和第五同轴电缆线21的特性阻抗均为25Ω，具体型号为SFX-25-2，其长度均为511mm。

可选的，所述第一负载电阻22和第二负载电阻23的阻值均为50Ω，额定功率均为300W。

图3为本实施例所述一种应用于超短波的大功率合成器的回波损耗曲线图，由于主微带贴片是沿中心线对称的结构，故第一连接微带芯片端口S22与第二连接微带芯片端口S33的曲线一样，图3中给出了合路微带贴片端口(S11)和第一连接微带芯片端口(S22)的曲线图，从图3中看出合成器在190MHz～235MHz的超短波频段内合成端口和分路端口的回波损耗均小于-23dB，这使得合路器可以稳定可靠的工作在190MHz～235MHz的超短波频段。

图4为本实施例所述一种应用于超短波的大功率合成器的传输损耗曲线图，同样由于主微带贴片是沿中心线对称的结构，故第一连接微带芯片端口S21与第二连接微带芯片端口S31的曲线一样，图4中给出了从合路微带贴片端口到第一连接微带芯片端口(S21)传输损耗的曲线图，从图4中看出合成器在190MHz～235MHz的超短波频段内传输损耗值小于-0.1dB，满足千瓦级合成器的工程要求。

图5为本实施例所述一种应用于超短波的大功率合成器的分路端口隔离度曲线图，从图5中看出合成器在190MHz～235MHz的超短波频段内两端口隔离度值小于-29dB，说明第一连接微带芯片端口与第二连接微带芯片端口之间的相互干扰很小。

本发明提供的这种合成器采用微带线和同轴电缆线相结合的架构，既增加了相对带宽和端口隔离度，又可以有效地缩减了合成器尺寸。这种合成器既继承了威尔金森合路器制作简单，隔离度高，成本低，易于多级级联拓展带宽的优点，又解决了威尔金森合成功率小的缺点；既拥有了同轴波段合成功率高的特性，又实现了小型化的目标。

本发明通过采用微带线和同轴电缆相结合的新型架构，这种架构的设计将隔离电阻的一端引出连接到地，与隔离电阻为嵌入型的架构相比更有利于隔离电阻的散热，使其合成功率更大，架构上设计了两级同轴电缆线既增加了相对带宽，又提高了端口隔离度，应用同轴电缆替代微带线可以缩减合成器的尺寸，该架构保证合成功率大于1000W连续波(超短波频段最大可到10kW)时可以稳定可靠的工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。