專利名稱：集成式高頻功率合成與功率分配器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高頻功率合成與功率分配器，特別是用于高頻功率源的高頻功率合成與功率分配器。
圖1所示的WILKINSON電路可用于功率合成和分配網絡。在具體實施過程中，是將N路長度為λ／4(λ為工作波長)的同軸線的外導體相互連通接地，N路內導體的一端連通作為總輸出端的內導體A(或總輸入端的內導體)，N路內導體的另一端作為分路輸入端的內導體(或分路輸出端的內導體)，各輸入內導體之間還可接有電阻，共有N路電阻。如作為功率合成器，N路分功率分別從N個輸入端接入，合成后的總功率從總輸出端A輸出。作為功率分配器使用時，總功率從A端輸入，分配后的功率從N個端口輸出。實現上述電路的具體結構都為分離結構方式，是用電纜，或是用帶狀線實現。這種分離結構的問題在于標準電纜的特性阻抗有限，沒有適用于WILKINSON電路的阻抗。而且各路之間普遍存在的機械尺寸偏差，造成電氣參數不一致，機械穩定性差，尺寸大，安裝布置困難等。特別是電氣參數不一致，將造成各路信號之間的幅度和相位差，影響最后的合成功率指標。
本實用新型的目的在于提供一種集成式功率合成與功率分配器件，是將各支路同軸線與總輸出同軸器件及調諧匹配器做在一個固定的構件中，以提高全固態功率源的指標，便于制造低成本大功率的固態功率源。
本實用新型的上述目的是由以下技術方案來實現的。
一種集成式高頻功率合成與功率分配器，有N路長度為λ／4的同軸線，該同軸線的外導體相互連通接地，N路內導體的一端連通作為總輸出端(或總輸入端)，N路內導體的另一端作為分路輸入端(或分路輸出端)，各輸入內導體之間接有電阻，共有N路電阻，電阻的另一端互聯；其特征在于該N路同軸線均布于N等分的圓周上，N路同軸線的一端，其各路外導體相互連通，并與主路同軸插座的外導體相連通接地；N路同軸線的內導體的一端按圓周均布方式接到一金屬盤的外沿，金屬盤的中心接主路同軸插座的內導體；N路同軸線的另一端，其各路內導體接各支路同軸插座的內導體，其各路外導體接各支路同軸插座的外導體并接地，共有N個支路同軸插座；N個支路同軸插座的內導體與同軸線內導體的連接端接電阻，共有N路電阻；該N路電阻的另一端，接于對外導體絕緣的金屬圓環上；上述金屬盤的下面設有一個與金屬盤間距可調的匹配金屬塊；金屬盤、匹配金屬塊及金屬圓環三者的中心在同一軸線上。
在具體實施過程中，除上述必要技術特征外，還可補充下述技術內容該集成式高頻功率合成與功率分配器，設有一基體，該基體為一正N邊形棱柱體，在每一棱柱側平面的中間，沿軸向設有兩端開通的等邊矩形槽；基體的一端設有一孔，一金屬圓環藉由二絕緣環壓固于孔內，孔壁上設有與矩型槽相通的通孔；另一端也設有一孔，該孔底部中心設有一螺孔，孔壁上部開有與矩型槽相通的槽孔；有N塊蓋板，該蓋板蓋合于基體側棱面的等邊矩形槽上構成N個外導體，N個外導體內設有內導體，構成N路同軸線；蓋板的近下端設有一通孔；有N個支路同軸插座，固設于蓋板下端的通孔中，其內導體分別與對應的同軸線的內導體及電阻連接；有N個電阻，該電阻的另一端通過上述通孔與上述金屬圓環相連接；在基體的另一端的孔內的螺孔中，螺裝一匹配金屬塊，該匹配金屬塊的端面為平面，其下端為螺柱；N路同軸線內導體的另一端通過槽孔與一金屬盤連接，該金屬盤的中心設有一圓柱導體，該圓柱導體與設在上端板中心的主路同軸插座的內導體相連接；上端板螺固于基體的端部；有一下端板，下端板螺固于基體的另一端。
上述基體兩端的孔與矩形槽相通的通孔和槽孔是由加大該部位孔徑使與矩形槽相通而實現。
該基體還可設為一圓柱體，在圓柱體的側面均布有N個沿軸向的平面，每個平面的中間沿軸向設有向兩端開通的等邊矩形槽，該基體的兩端設有相應形狀的上端板及下端板，其內部構造同前。
該集成式高頻功率合成與功率分配器，設有一上安裝板和一下安裝板，并以上安裝板和下安裝板的中心為中心，適當半徑圓周的N等分處設有供固設N個λ／4波長的同軸線的通孔，同軸線外導體藉由該通孔固設于該等上下安裝板上而形成一框架；上安裝板的中心設有一螺孔，下安裝板的中心設有一安裝孔；每個同軸線內導體的一端連接金屬盤，金屬盤的下面，在上安裝板的中心螺孔中緊固一調諧金屬塊；金屬盤的中心設有一圓柱導體，該圓柱導體與上端板上的主路同軸插座的內導體相連接；上端板的中心設有一主路同軸插座，上端板與上安裝板之間還接有連接板(或連接桿)以實現電和機械連接；各內導體的另一端均分別與支路同軸插座的內導體連接，各支路同軸插座固設于下端板的等分圓周上；在下端板與下安裝板之間裝有一金屬圓環，該金屬圓環通過絕緣環固設于下安裝板與下端板之間；有N個電阻，每個電阻的一端分別與內導體連接，電阻的另一端接金屬圓環；下端板與下安裝板之間還接有連接板或連接桿以實現電的連接。
下端板上還可設有冷卻液進入管及冷卻液排出管，供金屬環通循環冷卻液。
N為≥2的自然數中的任一個。
匹配金屬塊與基體的螺孔之間可設有調節墊圈。
為實現N路功率合成或將某一功率源分成N路。本實用新型整體式結構中，是將合成電路的N條傳輸線部分做成一個整體結構件，即在一根圓金屬棒(或厚壁圓管)的外沿，沿圓周方向以均勻分布方式加工N個矩形槽。矩形槽的長度方向平行于圓棒的軸線，矩形槽的長度為λ／4，這里，λ為工作波長。然后在每個矩形槽上加蓋板，形成N個矩形截面的波導管。其內裝入圓形截面的內導體，最后形成N根λ／4長的同軸傳輸線。或是在框架式結構中，將N個λ／4長的同軸線外導體(或方型、或圓型)的兩端各固設一可使N個同軸線均布于圓周上的上、下安裝板中。
理想的WILKINSON電路的傳輸線特性阻抗為W=N50(Ω)]]>該裝置被用來組成功合器時，在N個輸入端都接上一只電阻，而電阻的另一端都接到一個對殼體(地)絕緣的金屬環上。N個電阻在裝置的一端成輻射狀排列。在大功率使用條件下，為了使電阻及整個模塊基體能夠有效地散熱，該合成器裝置模塊還可通以液體冷卻，其中N個電阻的公共端的金屬圓環，是冷卻的重點部位之一，但不應因液態冷卻及有關裝置的加入而使其對地絕緣電阻降到影響網絡正常工作的地步。冷卻液的入口和出口都被裝在模塊這一端的同一端蓋上，或直接裝設在金屬圓環上。
實際上電阻存在分布電容，因此必須對WILKINSON電路的長度和特性阻抗進行修正。為了改善功合器輸出端的阻抗匹配狀況，在功率合成端的金屬圓片的一側，加了一塊接地的匹配金屬塊，調節匹配金屬塊與金屬圓片之間的距離，即改變阻抗匹配狀況；在輸入端也可加金屬片形成補償電容。
本實用新型的優點在于1、可實現N路功率合成或N路功率分配，即在金屬圓棒(或厚壁金屬圓管)外表面縱向開N個方槽，加蓋板置入內導體，或直接采用標準同軸線，可以得到所需的傳輸線的特性阻抗W=N50(Ω)]]>然后根據電阻分布電容的大小對其進行修正，很容易達到或接近理論值。
2、所加電阻集中呈輻射狀排列在徑向上，引線最短。
3、N個電阻共同端接在一個對地絕緣的金屬環上，便于以液態方式冷卻，從而能在較大的功率等級上普及應用。
4、在功合器與功分器模塊內加入可調的金屬塊，可將阻抗匹配狀況調到最佳。
5、功合器輸出端(功分器輸入端)N個傳輸線的內導體共同連接到一個金屬盤上，金屬盤中心連到輸出插座的內導體上，這樣增加了帶寬，改善了匹配。
6、消除了各路間的機械尺寸偏差，各路電氣參數一致。
7、結構緊湊，便于安裝。
以下結合附圖及實施例對本實用新型所提供的集成式功率合成與功率分配器的具體結構作進一步說明。
圖1是用于N路功率合成(分配)的WILKINSON電路圖。
圖2是N路功率合成(分配)器整體式的總裝配立體結構示意圖。
圖3是N路功率合成(分配)器整體式的總裝配立體結構分解示意圖。
圖4是基體主視圖。
圖5是基體仰視圖。
圖6是基體俯視圖。
圖7是N路功率合成(分配)器框架式的總裝配立體結構示意圖。
圖8是傳輸線結構橫截面參數圖。
由圖2、圖3可見，本實用新型所提供的集成式高頻功率合成與功率分配器整體式結構是由基體3、上端板1、主路同軸插座2、接線金屬盤4、內導體51、匹配金屬塊6、下端板11、支路同軸插座8、金屬圓環9、電阻10、蓋板7、絕緣環14、15、墊圈16組成。
其中基體3(如圖4、圖5、圖6所示)為一正N邊形棱柱體，在每一棱柱側平面的中間，沿軸向設有兩端開通的等邊矩形槽35；基體3的下端設有孔31，該孔31為階梯孔，孔31的孔壁上設有與矩型槽35相通的通孔33；基體3的另一端設有孔32，孔32底部中心設有一螺孔38，孔32孔壁上部(即基體上端部)開有與矩型槽35相通的槽孔34，在孔32的底部中心設有螺孔38。
金屬圓環9藉由二絕緣環14、15壓固于孔31內，有N塊蓋板7，該蓋板7蓋合于基體3側棱面的等邊矩形槽35上構成N個外導體52，N個外導體52內設有內導體51，構成N路支路同軸線5；蓋板7的近下端設有一通孔71；有N個支路同軸插座8，固設于蓋板7下端的通孔71中，N個支路同軸插座8的內導體分別與對應的同軸線5的內導體51連接，該接點還接電阻10，共有N個電阻10，電阻10的另一端通過通孔33與上述金屬圓環9連接；在基體3的孔32內的螺孔38中，螺裝一匹配金屬塊6，該匹配金屬塊6的端面61為平面，其下端設有一旋入螺孔的螺柱62；N路同軸線5的內導體51的另一端通過槽孔34與金屬盤4連接，該金屬盤4的中心設有一圓柱導體20，該圓柱導體20與上端板1中心固設的主路同軸插座2的內導體相連接；上端板1螺固于基體3的上端；該金屬盤4的下表面與匹配金屬塊6的端面61相對，調節匹配金屬塊6的端面61與金屬盤4的下表面的距離即可調節匹配阻抗，在匹配金屬塊6的下面可配有適當厚度的墊圈16；有一下端板11，下端板11螺固于基體3的下端，并使金屬圓環9、絕緣環14、15壓固于孔31內。用于大功率時，端板11上可設有冷卻液入管12及冷卻液出管13，以供冷卻金屬圓環及電阻。
上述基體兩端的孔31、32與矩形槽35相通的通孔33和槽孔34是由加大該部位孔徑使與矩形槽相通而實現，也可以不加大該部位孔徑而直接由槽孔向中心加工實現，可以是矩形孔也可以是圓孔。
圖7是集成式功率合成與功率分配器框架式結構圖，是在以上安裝板18和下安裝板19的中心為中心適當半徑的圓周的N等分處設有供固設長度為λ／4波長的同軸導體5的外導體51的通孔40、41。λ／4波長的同軸導體5的外導體52藉由通孔40、41固設于該等上、下安裝板18、19上而形成一框架；上安裝板18的中心設有一螺孔21，下安裝板19的中心設有一安裝孔(圖中未示)；每個同軸外導體52的中心均藉由絕緣子固設一內導體51，該內導體51的一端連接金屬盤4，金屬盤4的下面，在上安裝板18的中心螺孔21中緊固一調諧金屬塊6，在調諧金屬塊6與上安裝板18之間可設有多個用于調節調諧金屬塊6與金屬盤4之間距的墊圈16(如同整體式結構)；金屬盤4的中心設有一圓柱導體20，在金屬盤4的上部還設有一上端板1，該上端板1的中心設有一通孔26(如同整體式結構)，一主路同軸插座2藉由螺釘27通過該安裝螺孔28固設于上端板1的中心通孔26中；該主路同軸插座2的內導體與金屬盤4中心的導體20連接；上端板1與上安裝板18之間還接有連接板24(或連接桿)以實現電和機械的連接，使主同軸插座2的外導體與各支路同軸導體5的外導體52等電位；各支路同軸導體5的內導體51的另一端均分別與支路同軸插座8的內導體連接；各支路同軸插座8固設于下端板11的等分圓周上；在下端板11與下安裝板19之間裝有金屬圓環9，該金屬圓環9通過絕緣環14、15固設于下安裝板19與下端板11之間；有N個電阻10，每個電阻10的一端分別與內導體51連接，電阻10的另一端接金屬圓環9；下端板11與下安裝板19之間還接有連接板25(或連接桿)以實現電和機械的連接。
制成的N=8的功率合成和分配器。通過對不同的功合及功分特性的組合應用，已可以使最終合成功率達到20kw等級。
當N=8時，傳輸線的特性阻抗為W=N×50=8×50=141.42(Ω)---------(1)]]>當電阻分布電容為3．1pf時，頻率為352MHz時，應修正為130。圖8中D為傳輸線橫截面邊長(mm)，d為內導體直徑(mm)。據此特性阻抗為W=138 lg 1．078(D／d)………………………………………(2)令(1)、(2)式相等則得(D／d)=9．80，若取D=14．7(mm)，則d=1．50(mm)。
修正后，內導體用2．5mm2標準導線，即D=1．87mm，目前MOSFET UFH功率增益可達10dB左右，因此用一個模塊推動8個模塊是很經濟的設計。
實際應用證明，這種功率合成與功率分配模塊加工一致性好，性能穩定，運行可靠性高。
權利要求1.一種集成式高頻功率合成與功率分配器，有N路長度為λ／4的同軸線，該同軸線的外導體相互連通接地，N路內導體的一端連通作為總輸出端(或總輸入端)，N路內導體的另一端作為分路輸入端(或分路輸出端)，各輸入內導體之間接有電阻，共有N路電阻，電阻的另一端互聯；其特征在于該N路同軸線均布于N等分的圓周上，N路同軸線的一端，其各路外導體相互連通，并與主路同軸插座的外導體相連通接地；N路同軸線的內導體的一端按圓周均布方式接到一金屬盤的外沿，金屬盤的中心接主路同軸插座的內導體；N路同軸線的另一端，其各路內導體接各支路同軸插座的內導體，其各路外導體接各支路同軸插座的外導體并接地，共有N個支路同軸插座；N個支路同軸插座的內導體與同軸線內導體的連接端接電阻，共有N路電阻；該N路電阻的另一端，接于對外導體絕緣的金屬圓環上；上述金屬盤的下面設有一個與金屬盤間距可調的匹配金屬塊；金屬盤、匹配金屬塊及金屬圓環三者的中心在同一軸線上。
2.根據權利要求1所說的集成式高頻功率合成與功率分配器，其特征在于該集成式高頻功率合成與功率分配器，設有一基體，該基體為一正N邊形棱柱體，在每一棱柱側平面的中間，沿軸向設有兩端開通的等邊矩形槽；基體的一端設有一孔，一金屬圓環藉由二絕緣環壓固于孔內，孔壁上設有與矩型槽相通的通孔；另一端也設有一孔，該孔底部中心設有一螺孔，孔壁上部開有與矩型槽相通的槽孔；有N塊蓋板，該蓋板蓋合于基體側棱面的等邊矩形槽上構成N個外導體，N個外導體內設有內導體，構成N路同軸線；蓋板的近下端設有一通孔；有N個支路同軸插座，固設于蓋板下端的通孔中，其內導體分別與對應的同軸線的內導體及電阻連接；共有N個電阻，該電阻的另一端通過上述通孔與上述金屬圓環相連接；在基體的另一端的孔內的螺孔中，螺裝一匹配金屬塊，該匹配金屬塊的端面為平面，其下端設有一個旋入螺孔的螺柱；N路同軸線內導體的另一端通過槽孔與一金屬盤連接，該金屬盤的中心設有一圓柱導體，該圓柱導體與上端板上的主路同軸插座的內導體相連接；上端板螺固于基體的端部；上端板的中心設有一主路同軸插座；有一下端板，下端板螺固于基體的另一端。
3.根據權利要求2所說的集成式高頻功率合成與功率分配器，其特征在于上述基體兩端的孔與矩形槽相通的通孔和槽孔是由加大該部位孔徑使與矩形槽相通而實現。
4.根據權利要求2所說的集成式高頻功率合成與功率分配器，其特征在于該基體還可設為一圓柱體，在圓柱體的側面均布有N個沿軸向的平面，每個平面的中間沿軸向設有向兩端開通的等邊矩形槽，該基體的兩端設有相應形狀的上端板及下端板，其內部構造同前。
5.根據權利要求1所說的集成式高頻功率合成與功率分配器，其特征在于該集成式高頻功率合成與功率分配器，設有一上安裝板和一下安裝板，并以上安裝板和下安裝板的中心為中心，適當半徑圓周的N等分處設有供固設N個λ／4波長的同軸線的通孔，同軸線外導體藉由該通孔固設于該等上下安裝板上而形成一框架；上安裝板的中心設有一螺孔，下安裝板的中心設有一安裝孔；每個同軸線內導體的一端連接金屬盤，金屬盤的下面，在上安裝板的中心螺孔中緊固一調諧金屬塊；金屬盤的中心設有一圓柱導體，該圓柱導體與上端板上的主路同軸插座的內導體相連接；上端板的中心設有一主路同軸插座，上端板與上安裝板之間還接有連接板(或連接桿)；各內導體的另一端均分別與支路同軸插座的內導體連接，各支路同軸插座固設于下端板的等分圓周上；在下端板與下安裝板之間裝有一金屬圓環，該金屬圓環通過絕緣環固設于下安裝板與下端板之間；有N個電阻，每個電阻的一端分別與內導體連接，電阻的另一端接金屬圓環；下端板與下安裝板之間還接有連接板或連接桿以實現電的連接。
6.根據權利要求1或2或5所說的集成式高頻功率合成與功率分配器，其特征在于下端板上還可設有冷卻液進入管及冷卻液排出管。
7.根據權利要求1或2或5所說的集成式高頻功率合成與功率分配器，其特征在于N為≥2的自然數中的任一個。
8.根據權利要求1或2或5所說的集成式高頻功率合成與功率分配器，其特征在于匹配金屬塊與基體的螺孔之間可設有調節墊圈。
專利摘要一種集成式高頻功率合成與功率分配器,特征是:N路同軸線均布于N等分圓周上,其內導體的一端接金屬盤的外沿,金屬盤中心接主路同軸插座的內導體;N路同軸線的另一端,其內導體接N個支路同軸插座的內導體;N個支路同軸插座的內導體與同軸線內導體的連接端均接一電阻;電阻的另一端,接于對外導體絕緣的金屬圓環上;上述金屬盤的下面設有匹配金屬塊。很好的解決了WILKINSON電路的阻抗;及各路電氣參數不一致的問題。
文檔編號H04B3/02GK2414550SQ0020146
公開日2001年1月10日 申請日期2000年1月31日 優先權日2000年1月31日
發明者阮倜, 孫永寬 申請人:北京廣播器材廠