一种大功率小型层压等比串馈功分合成器 |
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申请号 | CN201710621839.0 | 申请日 | 2017-07-27 | 公开(公告)号 | CN107482293A | 公开(公告)日 | 2017-12-15 |
申请人 | 中国船舶重工集团公司第七二四研究所; | 发明人 | 刘朋朋; 靳连根; 江文; 常德杰; | ||||
摘要 | 本 发明 为一种大功率小型 层压 等比串馈功分合成器。本发明主要用于解决层压等比串馈功分器/合成器尺寸大、耐功率不高以及插入损耗平衡度实测结果与理论设计相差较大的问题。本发明属于雷达天 馈线 技术领域。该发明由多个定向 耦合器 和末端直通 串联 组成,在满足输出端 位置 要求、安装孔位置要求、射频功率片式负载尺寸要求的情况下,多个定向耦合器之间使用尽量短的传输线连接,定向耦合器由近似四分之一 波长 偏置耦合 带状线 构成,在各定向耦合器的耦合传输段上层接地板 刻蚀 多条窄线,根据各个输出端插入损耗平衡度测量值选择将几条窄线用导电 胶带 贴合,此方法能够改善插入损耗平衡度,使实测结果更接近理论设计值。 | ||||||
权利要求 | 1.一种大功率小型层压等比串馈功分合成器,其特征为:层压等比串馈功分器/合成器由多个不同耦合度的定向耦合器和末端直通串联组成,在满足输出端位置要求、安装孔位置要求、射频功率片式负载尺寸要求的情况下,多个定向耦合器之间使用尽量短的传输线连接,定向耦合器由近似四分之一波长偏置耦合带状线构成,定向耦合器的输入端、输出端、耦合端、隔离端与层压串馈功分器的输入端位于同一层板上,定向耦合器的耦合端作为层压串馈功分器的输出端,层压串馈功分器的输入端和输出端以及各定向耦合器隔离端的上层接地板及上层介质板开槽,传输线形式为微带线,定向耦合器的耦合端、隔离端传输线经过层间传输到达耦合信号板,与定向耦合器的偏置耦合带状线相连,使用四层印制板,包括上层接地板,下层接地板,信号主路板和耦合信号板,上层接地板和下层接地板在垂直方向关于中间平面对称分布,两层接地板之间距离小于四分之一波长,信号主路板和耦合信号板在垂直方向关于中间平面对称分布,信号主路板与耦合信号板间距远小于它们与临近接地板间距,在带状线仅能传输TEM模的前提下,信号主路板与临近接地板间距为最大,带状线厚度大于趋肤深度,在各个定向耦合器的耦合传输段的上层接地板刻蚀多条窄线,窄线与耦合器的偏置耦合带状线垂直,根据各个输出端插入损耗平衡度测量值选择将几条窄线用导电胶带贴合。 |
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说明书全文 | 一种大功率小型层压等比串馈功分合成器技术领域背景技术[0002] 为了获得大功率固态发射机,往往可以采用某种桥接混合合成网络把几个甚至更多的低功率电平单元组件组合起来的方法。多路功分器/合成器,成为组成大功率固态发射机必不可少的关键元件之一。同一种多路功分器/合成器往往配对使用。并馈形式的功分器通常以一分二分配器为基本单元,多级级联,方便实现2n路的功率分配,其中n为级数。相比而言,串馈形式的功分器能够灵活的把任意n个低功率电平单元组件组合起来,尺寸小、效率高,被广泛用于大功率固态发射机中。串馈功分器/合成器由多个定向耦合器串接而成。这种功分器/合成器为互易网络,具有较高的效率、良好的驻波特性与端口之间隔离。介质板线串馈功分器/合成器使用线切割铜板,耐功率高但尺寸偏大且不易调试。层压串馈功分器/合成器形式多样,尺寸也不尽相同,具有体积小、重量轻、产品一致性较好、质量可靠性高等优点,但普遍耐功率不高,而且受限于印制板加工精度,插入损耗平衡度实测结果与理论设计相差较大。大功率、小型化又容易调试的层压等比串馈功分器/合成器是组成大功率固态发射机的理想选择。 发明内容[0003] 本发明为一种大功率小型层压等比串馈功分合成器。本发明主要用于解决三个问题,第一为层压等比串馈功分器/合成器尺寸大的问题,第二为层压等比串馈功分器/合成器耐功率不高的问题,第三为插入损耗平衡度实测结果与理论设计相差较大的问题。 [0004] 本发明的技术方案主要有:层压等比串馈功分器/合成器由多个不同耦合度的定向耦合器和末端直通串联组成,在满足输出端位置要求、安装孔位置要求、射频功率片式负载尺寸要求的情况下,多个定向耦合器之间使用尽量短的传输线连接,定向耦合器由近似四分之一波长偏置耦合带状线构成,定向耦合器的输入端、输出端、耦合端、隔离端与层压串馈功分器的输入端位于同一层板上,定向耦合器的耦合端作为层压串馈功分器的输出端,层压串馈功分器的输入端和输出端以及各定向耦合器隔离端的上层接地板及上层介质板开槽,传输线形式为微带线,方便焊接,定向耦合器的耦合端、隔离端传输线经过层间传输到达耦合信号板,与定向耦合器的偏置耦合带状线相连,使用四层印制板,包括上层接地板,下层接地板,信号主路板和耦合信号板,上层接地板和下层接地板在垂直方向关于中间平面对称分布,两层接地板之间距离小于四分之一波长,信号主路板和耦合信号板在垂直方向关于中间平面对称分布,信号主路板与耦合信号板间距远小于它们与临近接地板间距,在带状线仅能传输TEM模的前提下,信号主路板与临近接地板间距为最大,带状线厚度大于趋肤深度,在各个定向耦合器的耦合传输段的上层接地板刻蚀多条窄线,窄线与耦合器的偏置耦合带状线垂直,根据各个输出端插入损耗平衡度测量值选择将几条窄线用导电胶带贴合,层压串馈功分器输入端和输出端的上层接地板及上层介质板开半圆形槽,输入端开槽半径不小于输出端开槽半径。 [0005] 本发明的技术特点及显著优点为: [0006] 1.层压等比串馈功分器/合成器由多个不同耦合度的定向耦合器和末端直通串联组成,在满足输出端位置要求、安装孔位置要求、射频功率片式负载尺寸要求的情况下,多个定向耦合器之间使用尽量短的传输线连接,定向耦合器由近似四分之一波长偏置耦合带状线构成,这样组成的层压等比串馈功分器/合成器尺寸小,满足小型化要求; [0007] 2.定向耦合器的输入端、输出端、耦合端、隔离端与层压串馈功分器的输入端位于同一层板上,定向耦合器的耦合端作为层压串馈功分器的输出端,层压串馈功分器的输入端和输出端以及各定向耦合器隔离端的上层接地板及上层介质板开槽,传输线形式为微带线,方便焊接,定向耦合器的耦合端、隔离端传输线经过层间传输到达耦合信号板,与定向耦合器的偏置耦合带状线相连,因此每一路耦合输出能量都是通过层间传输到达输出端,各层间传输部分承受功率相等且仅为总功率的1/n,承受功率最大的位置为串馈功分器输入端,层压串馈功分器的耐功率能力取决于输入端的耐功率能力; [0008] 3.使用四层印制板,包括上层接地板,下层接地板,信号主路板和耦合信号板,上层接地板和下层接地板在垂直方向关于中间平面对称分布,两层接地板之间距离小于四分之一波长,信号主路板和耦合信号板在垂直方向关于中间平面对称分布,信号主路板与耦合信号板间距远小于它们与临近接地板间距,在带状线仅能传输TEM模的前提下,信号主路板与临近接地板间距为最大,带状线厚度大于趋肤深度,因此输入端的耐功率能力高,满足大功率要求; [0009] 4.在各个定向耦合器的耦合传输段的上层接地板刻蚀多条窄线,窄线与耦合器的偏置耦合带状线垂直,根据各个输出端插入损耗平衡度测量值选择将几条窄线用导电胶带贴合,此方法操作简单,能够调试输出端插入损耗平衡度,使插入损耗平衡度实测结果更接近理论设计值。 [0010] 5.层压串馈功分器输入端和输出端的上层接地板及上层介质板开半圆形槽,输入端开槽半径不小于输出端开槽半径,方便加工,并且输入端耐功率能力不小于输出端。 附图说明[0012] 图1为一种大功率小型层压等比串馈功分合成器图。其中,1-层压等比串馈功分器的输入端,2-安装孔,3-定向耦合器输入端,4-层间传输部分,5-窄线,6-定向耦合器输出端,7-传输线,8-层压等比串馈功分器的输出端或定向耦合器耦合端,9-射频功率片式负载,10-定向耦合器隔离端,11-定向耦合器,12-末端直通,R-输入端半圆形槽半径,r-输出端半圆形槽半径。 [0013] 图2为层压结构侧视图。其中,13-上层接地板,14-上层介质板,15-信号主路板,16-中层介质板,17-耦合信号板,18-下层介质板,19-下层接地板。 具体实施方式[0014] 本发明涉及的一种大功率小型层压等比串馈功分合成器,具体实施方式如下(参见附图): [0015] 1.使用四层印制板,包括上层接地板13,下层接地板19,信号主路板15和耦合信号板17,上层接地板13和下层接地板19在垂直方向关于中间平面对称分布,两层接地板之间距离小于四分之一波长,信号主路板15和耦合信号板17在垂直方向关于中间平面对称分布,信号主路板15与耦合信号板17间距远小于它们与临近接地板间距,在带状线仅能传输TEM模的前提下,信号主路板15与临近接地板间距为最大,带状线厚度大于趋肤深度,由此确定印制板参数b,w,w0,s。 [0016] 2.层压等比串馈功分器/合成器由多个不同耦合度的定向耦合器11和末端直通12串联组成,在满足输出端8位置要求、安装孔2位置要求、射频功率片式负载9尺寸要求的情况下,多个定向耦合器11之间使用尽量短的传输线7连接,定向耦合器11由近似四分之一波长偏置耦合带状线构成,这样组成的层压等比串馈功分器/合成器尺寸小,满足小型化要求。 [0017] 3.根据层压等比串馈功分器/合成器级数N,确定第n级定向耦合器的耦合量Cn。 [0018] [0019] 4.定向耦合器的输入端3、输出端6、耦合端8、隔离端10与层压串馈功分器的输入端1位于同一层板上,定向耦合器的耦合端8作为层压串馈功分器的输出端8,层压串馈功分器的输入端1和输出端8以及各定向耦合器隔离端10的上层接地板13及上层介质板14开槽,传输线形式为微带线,方便焊接,定向耦合器的耦合端8、隔离端10传输线经过层间传输到达耦合信号板17,与定向耦合器的偏置耦合带状线相连,因此每一路耦合输出能量都是通过层间传输到达输出端8,各层间传输部分4承受功率相等且仅为总功率的1/n,承受功率最大的位置为串馈功分器输入端1,层压串馈功分器的耐功率能力取决于输入端1的耐功率能力。 [0020] 5.根据第n级定向耦合器的耦合量Cn,确定第n级定向耦合器的尺寸。定向耦合器尺寸计算分强耦合情况和弱耦合情况。 [0021] [0022] [0023] [0024] [0025] 其中Z0为传输线特性阻抗。εr为印制板介电常数。 [0026] 强耦合情况计算公式: [0027] [0028] [0029] [0030] [0031] [0032] [0033] [0034] 强耦合情况需满足条件: [0035] 否则使用弱耦合情况计算公式: [0036] [0037] [0038] [0039] [0040] [0041] [0042] [0043] [0044] w0=w-wc [0045] 弱耦合条件下满足: [0046] 6.在各个定向耦合器11的耦合传输段的上层接地板刻蚀多条窄线5,窄线5与定向耦合器11的偏置耦合带状线垂直。 [0048] 8.根据各个输出端插入损耗平衡度测量值选择将几条窄线5用导电胶带贴合,此方法操作简单,能够调试输出端8插入损耗平衡度,使插入损耗平衡度实测结果更接近理论设计值。 [0049] 9.层压串馈功分器输入端1和输出端8的上层接地板13及上层介质板14可以开半圆形槽,输入端1开槽半径R应不小于输出端8开槽半径r,方便加工,并且输入端1耐功率能力不小于输出端8。 |