CN107946718A - 微波大功率合成器 - Google Patents

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杨玲玲
程诗叙
谭开洪
赵亚妮
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port

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Abstract

本发明公开的一种微波大功率合成器，旨在提供一种具备在低频段工作下，体积小并且能够输入输出大功率的功率合成器。本发明通过下述技术方案予以实现：在正方形空心金属的外导体(1)的中央，设有一个正圆形空心金属的内导体(2)，内导体(2)为四分之一波长，且外导体(1)的内边长与内导体(2)的外径之比为1.74±0.1，外导体(1)与内导体(2)长度之比≥2.11，输出连接器(4)的探针直径与内导体(2)外径之比为0.40‑0.42；内导体(2)顶端利用焊接工艺与输入连接器(3)的探针相连，内导体(2)底端利用焊接工艺与输出连接器(4)的探针相连，输入连接器(3)的探针和输出连接器(4)的探针将电场信号直接耦合，能量在由外导体(1)和内导体(2)构成的谐振腔体结构中以准TEM模的形式进行传输。

Description

微波大功率合成器
技术领域
本发明涉及一种输出功率达1000W的微波大功率合成器，属于微波功率合成领域。
背景技术
近年来，高功率微波的应用多种多样：卫星和空间平台供能、深空探测器测控通信、轨道飞行器高度改变推进***等，无论哪一种应用都需要极大的功率支持。随着半导体材料和工艺的不断发展，微波器件的输出功率量级越来越大，L波段晶体管的脉冲功率已达千瓦量级，X波段砷化钾场效应管连续波达到几十瓦，脉冲功率达到500W。虽然大功率器件的工作频率以及所能达到的功率越来越高，但限于器件的物理特性以及工艺水平，单个功放的输出功率仍是有限的，此时大多数情况下我们采取将多个功放的功率输入到功率合成器进行功率合成达到我们需要的高功率。
常规Wilkinson结构合成器适用于小功率合成，一般用在单个功放的电路中实现功率合成，其输出功率在十位数量级；近年发现有论文描述了采用同轴探针阵耦合结构的功率合成器，由于其采用空气耦合形式，功率承受能力也非常受限，匹配不好时会出现严重的发热从而降低其可靠性，并且体积大；经典波导结构合成器虽然能够承受高功率，但是该结构在低频段体积非常大，不便于安装和使用，它更适用于较高频率的高功率合成。
通常，大功率合成器设计应注意以下几点：1、大功率合成器具有低损耗，以提高合成效率；2、大功率合成器不改变输入功放的可靠性、稳定性和信号特性；3、大功率合成器的输入输出端具有低的电压驻波比。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种具备在低频段工作下，体积小并且能够输入输出大功率的功率合成器。
本发明上述目的可以通过以下介绍方案予以实现，一种微波大功率合成器，包括：正方形空心金属外导体1，其特征在于：在所述正方形空心金属的外导体1的中央，设有一个正圆形空心金属的内导体2，内导体2为四分之一波长，且外导体1的内边长与内导体2的外径之比为1.74±0.1，外导体1与内导体2长度之比≥2.11，内导体2底端中央与输出连接器4的探针焊接相连，输出连接器4的法兰盘利用焊接工艺将正方形空心金属外导体的一端封闭，且输出连接4探针长度与内导体2长度之比为0.30-0.32，输出连接器4的探针直径与内导体2外径之比为0.40-0.42；内导体2顶端的外表面利用焊接工艺与输入连接器3的探针相连，输入连接器3的探针和输出连接器的探针将电场信号直接耦合，能量在由外导体1和内导体2构成的谐振腔体结构中以准TEM模的形式进行传输。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
体积小：该功率合成器利用输入、输出连接器的探针将电场信号直接耦合出来，没有传统意义的阻抗变换器，及减少四分之一波长的尺寸，在S频段的每个端口减少19mm-38mm。同样频率同样的大功率，体积是径向大功率合成器的五分之一，与波导功率合成器相比本功率合成器更是远远小于它的体积。
大功率：该功率合成器每个输入端之间没有隔离电阻，而隔离电阻是限制输入承受功率的主要因素，能量通过输入端经过探针表面，在腔体内以准TEM模的形式谐振并耦合至输出端，因此具备大功率特性，在试验中将3台500W的功放经本功率合成器输出功率达1000W。
成本低：本发明采用一个正方形空心金属导体、一个正圆形空心金属导体、2-4个输入连接器、一个输出连接器组成一个大功率合成器。其组成形式简单、无需特殊器件、无需特殊加工工艺即可构成一个大功率合成器。
本发明适用于微波L、S、C波段微波大功率合成器。
附图说明
图1为本发明微波大功率合成器的俯视图。
图2为本发明微波大功率合成器的截面图。
图中：1—外导体，2—内导体，3—输入连接器的探针，4—输出连接器的探针
下面结合附图和具体实例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读本发明后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均属于本发明所附权利要求所限定的范围。
具体实施方式
在图1中，外导体1是一种正方形中空防锈铝或不锈钢型材，内导体2是一种正圆形中空铜导体，外导体1的内边长与内导体2的外径之比为1.74±0.1，外导体1与内导体2长度之比为不小于2.11，内导体2为四分之一波长，通过仿真该尺寸下腔体的功率承受能力趋于最大，而体积是传统功率合成器的五分之一或者更小，其最大插损仅为0.3dB。内导体2顶端的外表面利用焊接工艺与输入连接器3的探针相连，输入连接器3的探针和输出连接器4的探针将电场信号直接耦合，能量在由外导体1和内导体2构成的谐振腔体结构中以准TEM模的形式进行传输。输入连接器3的法兰盘安装于正圆形空心金属外导体1外表面。外导体1的外表面有四个面，任意两个面安装输入连接器3，称为2路大功率合成器，任意三面安装输入连接器3，称为3路大功率合成器，四面都安装输入连接器3，称为4路大功率合成器。输入连接器3的探针通过焊接的方式与内导体2的顶端连为一体，输入连接器3的探针直径与内导体2的外径之比为0.17-0.19，其输入驻波比为1.3-1.4。输入连接器3是N型连接器，其法兰盘通过螺装的方式固定在外导体1的外侧面。本实施例输入连接器有3个，为3路大功率合成器。
在图2中，输出连接器4是L29型或N型射频连接器，输出连接器4的探针直径与内导体2外径之比为0.40-0.42，探针长度与内导体2长度之比为0.30-0.32，其输出驻波比为1.1-1.3。输出连接器4的法兰盘通过焊接的方式与外导体的底部连为一体，输出连接器4的探针位于外导体1的中心位置与内导体2的底端通过焊接连为一体。

Claims (9)

1.一种微波大功率合成器，包括：正方形空心金属的外导体(1)，其特征在于：在所述正方形空心金属的外导体(1)的中央，设有一个正圆形空心金属的内导体(2)，内导体(2)为四分之一波长，且外导体(1)的内边长与内导体(2)的外径之比为1.74±0.1，外导体(1)与内导体(2)长度之比≥2.11，内导体(2)的底端中央与输出连接器(4)的探针相连，输出连接器(4)的法兰盘利用焊接工艺将正方形空心金属外导体的底端封闭，且输出连接(4)探针长度与内导体(2)长度之比为0.30-0.32，输出连接器(4)的探针直径与内导体(2)外径之比为0.40-0.42；内导体(2)第二端的外表面利用焊接工艺与输入连接器(3)的探针相连，输入连接器(3)的探针和输出连接器(4)的探针将电场信号直接耦合，能量在由外导体(1)和内导体(2)构成的谐振腔体结构中以准TEM模的形式进行传输。
2.如权利要求1所述的微波大功率合成器，其特征在于：输入连接器(3)的法兰盘安装于正圆形空心金属构成的外导体(1)外表面。
3.如权利要求1所述的微波大功率合成器，其特征在于：外导体(1)的外表面有四个面，任意两个面安装输入连接器(3)，称为2路大功率合成器，任意三面安装输入连接器(3)，称为3路大功率合成器，四面都安装输入连接器(3)，称为4路大功率合成器。
4.如权利要求1所述的微波大功率合成器，其特征在于：输入连接器(3)的探针通过焊接的方式与内导体(2)的顶端连为一体。
5.如权利要求1所述的微波大功率合成器，其特征在于：输入连接器(3)的探针直径与内导体(2)的外径之比为0.17-0.19，其输入驻波比为1.3-1.4。
6.如权利要求1所述的微波大功率合成器，其特征在于：输入连接器(3)是N型射频连接器，其法兰盘通过螺装的方式固定在外导体(1)的外侧面。
7.如权利要求1所述的微波大功率合成器，其特征在于：输出连接器(4)是L29型或N型射频连接器。
8.权利要求1所述的微波大功率合成器，其特征在于：输出连接器(4)的探针直径与内导体(2)外径之比为0.40-0.42，探针长度与内导体(2)长度之比为0.30-0.32，其输出驻波比为1.1-1.3。
9.如权利要求1所述的微波大功率合成器，其特征在于：输出连接器(4)的法兰盘通过焊接的方式与外导体的底部连为一体，输出连接器(4)的探针位于外导体(1)的中心位置与内导体(2)的底端通过焊接连为一体。
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