一种宽带高频空间功率合成器

技术领域

本发明涉及功率合成器领域，特别是涉及一种宽带高频空间功率合成器。

背景技术

功放芯片的输出功率和增益会随着应用频段的升高而滚降，为了满足毫米波系统对高输出功率的要求，可以利用功率合成器对多个功放芯片进行功率合成以实现高功率水平。目前，在功率合成技术中，空间合成技术能满足多芯片、高功率的设计，典型的空间功率合成技术中采用托盘式波导内空间功率合成器进行空间功率合成。

现有的托盘式波导内空间功率合成器的工作频带通常为C波段到Ku波段(4GHz-18.1GHz)，为了防止搭载功放芯片阵列的腔体出现谐振，通常采用在腔体壁上粘贴吸波材料和缩小腔体的尺寸的方式。但是，在腔体壁上粘贴吸波材料会导致合成器功率和增益的降低，而减小腔体尺寸意味着要牺牲芯片和偏置电路的布局空间，使得空间功率合成器在更高频率下的功率合成难以实现。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种宽带高频空间功率合成器，能够避免谐振出现在合成器的工作频带，实现宽带高频的空间功率合成器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种宽带高频空间功率合成器，包括隔板和两个底座，所述隔板设置在两个所述底座之间，所述底座和所述隔板形成两个波导腔，各所述波导腔中设有第一PCB板，所述第一PCB板上设有射频电路，所述隔板面向所述第一PCB板的两个面设有第二PCB板，所述第二PCB板上设有EBG结构。

进一步，所述射频电路中设有天线阵列、微带匹配网络和MMIC阵列，所述天线阵列通过所述微带匹配网络与所述MMIC阵列连接。

进一步，所述天线阵列为鳍线形式。

进一步，所述鳍线形式包括单极鳍线、双极鳍线和对极鳍线中的任意一种。

进一步，所述EBG结构中包含EBG单元组成的阵列。

进一步，所述EBG单元包括金属层、介质层和过孔，所述过孔设置在所述介质层中，所述金属层包括顶面金属层和底面金属层，所述金属层设置在所述介质层由所述过孔连通的两个面上，所述底面金属层设置在所述介质层面向所述第二PCB板的面上。

进一步，所述EBG单元中还包括空气腔，所述空气腔位于所述顶面金属层背对所述介质层的一方。

进一步，所述射频电路中还设有偏置电路，所述偏置电路由SMT贴片元件构成。

本发明的有益效果是：

本发明的一种宽带高频空间功率合成器，通过在隔板面朝射频电路PCB板的面上设置EBG结构的PCB板，能有效避免谐振模对合成器的影响；通过设置EBG结构的PCB板，不需要缩小波导腔的尺寸，并且EBG结构不需要将波导腔隔开，不会影响第一PCB板的电路布局。

附图说明

图1是本发明一种宽带高频空间功率合成器的结构示意图；

图2是本发明一种宽带高频空间功率合成器的横向截面结构示意图；

图3是本发明一种宽带高频空间功率合成器的EBG结构示意图；

图4是本发明一种宽带高频空间功率合成器的EBG单元的布里渊图；

图5是本发明一种宽带高频空间功率合成器的仿真结果示意图。

其中，101、底座；102、隔板；103、第一PCB板；104、第二PCB板；301、EBG单元；302、介质层；303、顶面金属层；304、底面金属层；305、过孔；306、空气腔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

参照图1和图2，本发明提供了一种宽带高频空间功率合成器，包括隔板102和两个底座101，所述隔板102设置在两个所述底座101之间，所述底座101和所述隔板形成两个波导腔，各所述波导腔中设有第一PCB板103，所述第一PCB板103上设有射频电路，所述隔板102面向所述第一PCB板103的两个面设有第二PCB板104，所述第二PCB板104上设有EBG结构。

其中，第二PCB板104面朝第一PCB板103，不会将第一PCB板103所在的波导腔空间分割，也不会缩小波导腔的尺寸，使得第一PCB板103的电路布局不受影响。

作为一种可选的实施方式，所述射频电路中设有天线阵列、微带匹配网络和MMIC阵列，所述天线阵列通过所述微带匹配网络与所述MMIC阵列连接。

其中，射频电路的天线阵包括功分天线阵列和功合天线阵列，用于实现波导传输模式(TE

微带匹配网络分别与天线阵列和MMIC阵列连接，用于将天线阵列的输出阻抗变换为MMIC阵列的输入阻抗。

MMIC阵列，在本发明的其中一种实施方式中，包括四个MMIC功放芯片，用于实现功率的放大。

作为一种可选的实施方式，所述天线阵列为鳍线形式。

其中，鳍线形式包括单极鳍线、双极鳍线和对极鳍线中的任意一种。

每张第一PCB板上设置有2路鳍线形式的功分天线阵列和功合天线阵列，鳍线的弧度通过频域分析法(SDA法)和小反射理论确定。为了获得最短的鳍线长度，微带匹配网络中的阻抗渐变服从Klopfenstein形式。通过上述鳍线的设计，本发明实施例能够实现宽带的空间功率合成器设计。

作为一种可选的实施方式，所述EBG结构中包含EBG单元301组成的阵列。

参照图3，所述EBG单元301包括金属层、介质层302和过孔305，所述过孔305设置在所述介质层302中，所述金属层包括顶面金属层303和底面金属层304，所述金属层设置在所述介质层302由所述过孔305连通的两个面上，所述底面金属层304设置在所述介质层302面向所述第二PCB板104的面上。

所述EBG单元中还包括空气腔306，所述空气腔306位于所述顶面金属层303背对所述介质层302的一方。

参照图4所示的EBG单元301的布里渊图，其中，布里渊图的横坐标表示入射角度0～180°的电磁波，该0～180°的入射波正比于相位常数，纵坐标为频率，斜率正比于相速。当布里渊图的斜率接近0时表示在相应频率下对相应入射角度的电磁波截止。如图3所示，24.1GHz和34GHz的频率点对于所有入射角度的电磁波斜率只有0值，并且24.1～34GHz内没有解，因此该布里渊图的横轴EBG单元的禁带带宽为24.1～34GHz。同时，24.1GHz和34GHz分别为电磁禁带的上、下截止频率，因此意味着电磁禁带内没有任何场解，即在24.1～34GHz的电磁禁带内不存在任何入射角度的电磁波。

根据布洛赫定理，EBG单元301组成的阵列与单个EBG单元具有相同的禁带特性。在本发明的实施例中，通过在射频电路上方设置EBG结构的PCB板，使得空间功率合成器在工作过程中只存在TEM模，微带匹配网络无法耦合出其他模，实现了对谐振模的抑制效果。

作为一种可选的实施方式，所述第一PCB板上还设有偏置电路，所述偏置电路由SMT贴片元件构成。

在本发明的实施例中，一种宽带高频空间功率合成器，包括上述的底座101、隔板102、第一PCB板103和第二PCB板104。对所述宽带高频空间功率合成器进行仿真，仿真结果如图4所示。

参照图4，所述宽带高频空间功率合成器实现了在Ka波导(26.5～40GHz)内的功率合成，而现有的托盘式波导内空间功率合成器的工作频带通常为C波段到Ku波段(4GHz-18.1GHz)，并且本发明实施例在25.5～32GHz频率范围内没有出线谐振点。由此可知，本发明实施例的一种宽带高频空间功率合成器通过设置搭载EBG结构的第二PCB板104，实现了在较高频段下工作的空间功率合成器，并且具有应用于更高频段的潜力。同时由于对杂散模的抑制效果，本发明具有比现有空间功率合成器更优的平坦度和更稳定的性能。

另一方面，本发明实施例通过EBG结构配合具有宽带特性鳍线形式的天线阵列设计，进一步拓宽了空间功率合成器的带宽。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。