專利名稱：射頻功率合成器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種射頻功率合成器。應(yīng)用于與各種激光器配套的大功率全固態(tài)激光射頻源，功能是將各路放大器電路或放大器組件的輸出功率進(jìn)行合成。
背景技術(shù)：
此前應(yīng)用于激光器的射頻源大都使用電子管作為末級(jí)放大器，電子管單管可直接輸出較大的射頻功率，但是由于工作電壓高，結(jié)構(gòu)、線路復(fù)雜，體積龐大，同時(shí)電子管的壽命有限，約使用上千小時(shí)之后就會(huì)出現(xiàn)陰極老化，輸出功率下降影響到激光器的工作穩(wěn)定而不得不更換，從而使激光器用戶的維護(hù)成本增加，并且在更換之后，需要進(jìn)行老練，才能穩(wěn)定工作，將嚴(yán)重影響用戶的正常生產(chǎn)。這些原因就造成了配備電子管射頻源的激光器在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力下降?；谏鲜銮闆r，采用射頻晶體管來開發(fā)與各種激光器相配套的全固態(tài)射頻源已成為必然。全固態(tài)射頻源因?yàn)轶w積小、工作電壓低、壽命長(zhǎng)、易維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)在激光器產(chǎn)品上被廣泛采用。應(yīng)用于固態(tài)射頻源的高頻晶體管由于輸出功率小，要想獲得大功率的射頻功率輸出就必須使用多個(gè)晶體管分別放大之后再進(jìn)行合成而構(gòu)成功率組件，為了獲得更大的射頻功率輸出還要進(jìn)行組件之間的功率合成。這就必須解決大功率射頻合成的技術(shù)問題。在射頻領(lǐng)域的功率合成通常采用各種形式的電橋、傳輸線變壓器、威爾金森合成器等幾種方式。但它們分別存在以下不足波導(dǎo)型的合成電橋能承受大功率，但在激光射頻場(chǎng)合是無法使用的。而通常的微帶電橋和雙芯電纜電橋因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)上的原因只能在中小功率下使用；用微帶線設(shè)計(jì)的威爾金森合成器的尺寸太長(zhǎng)，微帶線也難以通過激光射頻源的千瓦以上大功率；傳輸線變壓器合成器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但在千瓦級(jí)以上不僅磁芯尺寸大大增加，而且磁芯發(fā)熱集中，溫度升高使合成器的性能發(fā)生變化，合成器的阻抗也不易控制。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述不足，提供一種合成功率大、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、合成效率高的射頻功率合成器。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種射頻功率合成器，其特點(diǎn)是它共有三層，最底層為前級(jí)放大器層，中層為放大器組件層，上層是組件合成器層，前級(jí)放大器層將高頻信號(hào)放大之后分成2n路，通過電纜分別輸入到放大器組件層中各個(gè)放大器組件，放大器組件層中的各個(gè)放大器組件均由四個(gè)放大器電路組成，在各個(gè)放大器組件內(nèi)部將四個(gè)放大器電路通過電纜兩兩之間合成之后再通過電纜進(jìn)行一次合成，再通過電纜輸出到組件合成器層，組件合成器層將2n個(gè)放大器組件的輸出通過電纜兩兩之間合成---，以此類推，直至最后一級(jí)兩兩合成之后射頻輸出，其中n為≥2的自然數(shù)。
本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1、可根據(jù)合成器所需功率的大小選用不同直徑的同軸電纜，合成功率大；2、電纜比較柔軟，可以繞制，占用空間少，使合成器體積較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；3、電纜剪切后即可使用，不需作任何加工，加工簡(jiǎn)單方便；4、電纜以及相關(guān)的元件都是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，易于獲得，成本相對(duì)于其他合成方式較為低廉；5、合成效率高。
該合成器可實(shí)現(xiàn)合成高達(dá)10KW的連續(xù)波和脈沖射頻功率，適合應(yīng)用于大功率的合成。在激光器射頻源這種需要大功率射頻能量的領(lǐng)域非常合適。


圖1為本實(shí)用新型的正面裝配結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型的放大器組件去蓋板后正面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖2的左側(cè)視圖。
圖4為圖2的俯視圖。
圖5為本實(shí)用新型的功率合成器去蓋板后正面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為圖5的A-A剖示圖。
圖7為本實(shí)用新型的合成器電路原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖1，本實(shí)用新型的射頻功率合成器共有三層，均置于合成器箱體5內(nèi)。最底層為前級(jí)放大器層1，中層為放大器組件層2，上層是組件合成器層3。前級(jí)放大器層1的功能是將高頻信號(hào)放大之后分成2n(n為≥2的自然數(shù))路，再通過電纜4-0分別輸入到放大器組件層2中各個(gè)放大器組件2-1、2-2、2-3、2-4(共2n個(gè))。
如圖2～4，放大器組件層2中的每個(gè)放大器組件2-1、2-2、2-3、2-4均由四個(gè)放大器電路6-1、6-2、6-3、6-4組成。在各放大器組件2-1、2-2、2-3、2-4內(nèi)部將四路放大器電路6-1、6-2、6-3、6-4通過電纜4-1兩兩之間合成之后再通過電纜4-2進(jìn)行一次合成后，通過電纜4-3輸出到組件合成器層3。各個(gè)放大器組件2-1為一開口盒狀體，盒狀體底板為通有冷卻水的冷卻底板2-1-1，冷卻底板2-1-1上連接冷卻水進(jìn)、出水管2-1-2、2-1-3，四路放大器電路6-1、6-2、6-3、6-4和電纜4-1、4-2均置于冷卻底板2-1-1上。電纜4-0進(jìn)線接頭2-1-5和電纜4-3出線接頭2-1-6連接于盒狀體側(cè)板上。盒狀體另一側(cè)板上連接有控制接線柱2-7、2-8和接直流電源的接線柱2-1-9。
如圖5～6，組件合成器層3將2n(n為≥2的自然數(shù))個(gè)組件2-1、2-2、2-3、2-4的輸出通過電纜4-4兩兩之間合成之后再進(jìn)行兩兩之間合成---，以此類推，直至最后一級(jí)兩兩合成之后通過定向耦合器射頻輸出7。組件合成器層3為一開口盒狀體，該盒狀體底板上固定有散熱片3-1，散熱片3-1上固定有冷卻銅板3-2，2n個(gè)組件2-1、2-2、2-3、2-4的輸出電纜4-4均置于冷卻銅板3-2上，盒狀體側(cè)板內(nèi)側(cè)連接有散熱風(fēng)扇3-3。附圖中只表示出了4個(gè)組件的情形，該技術(shù)對(duì)于2n個(gè)組件的情況都適用。
如圖7，合成器電路采用了網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)，先由四路放大器電路6-1、6-2、6-3、6-4通過電纜4-1兩兩之間合成之后再通過電纜4-2進(jìn)行一次合成組成一個(gè)放大器組件2-1。然后采用同樣的方法，根據(jù)所輸出功率的大小使用2n個(gè)放大器組件兩兩之間合成之后再進(jìn)行合成直至最后一級(jí)兩兩合成之后輸出。
本實(shí)用新型采用系列同軸電纜合成的方式。只要滿足所要合成的放大器電路或放大器組件的數(shù)目是2的n次冪(2n)冪這一條件都可采用這種合成方式。
權(quán)利要求1.一種射頻功率合成器，其特征在于它共有三層，最底層為前級(jí)放大器層(1)，中層為放大器組件層(2)，上層是組件合成器層(3)，前級(jí)放大器層(1)將高頻信號(hào)放大之后分成2n路，通過電纜(4-0)分別輸入到放大器組件層(2)中各個(gè)放大器組件(2-1、2-2、2-3、2-4)，放大器組件層(2)中的各個(gè)放大器組件(2-1、2-2、2-3、2-4)均由四個(gè)放大器電路(6-1、6-2、6-3、6-4)組成，在各個(gè)放大器組件(2-1、2-2、2-3、2-4)內(nèi)部將四路放大器電路(6-1、6-2、6-3、6-4)通過電纜(4-1)兩兩之間合成之后再通過電纜(4-2)進(jìn)行一次合成后，通過電纜(4-3)輸出到組件合成器層(3)，組件合成器層(3)將2n個(gè)放大器組件(2-1、2-2、2-3、2-4)的輸出通過電纜(4-4)兩兩之間合成---，以此類推，直至最后一級(jí)兩兩合成之后射頻輸出(7)，其中n為≥2的自然數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種射頻功率合成器，其特征在于各個(gè)放大器組件(2-1)為一開口盒狀體，盒狀體底板為通有冷卻水的冷卻底板(2-1-1)，冷卻底板(2-1-1)上連接冷卻水進(jìn)、出水管(2-1-2)、(2-1-3)，四路放大器電路(6-1、6-2、6-3、6-4)和電纜(4-1、4-2)均置于冷卻底板(2-1-1)上，電纜4-0進(jìn)線接頭(2-1-5)和電纜(4-3)出線接頭(2-1-6)連接于盒狀體側(cè)板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種射頻功率合成器，其特征在于組件合成器層(3)為一開口盒狀體，該盒狀體底板上固定有散熱片(3-1)，散熱片(3-1)上固定有冷卻銅板(3-2)，2n個(gè)組件(2-1、2-2、2-3、2-4)的輸出電纜(4-4)均置于冷卻銅板(3-2)上，盒狀體側(cè)板內(nèi)側(cè)連接有散熱風(fēng)扇(3-3)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種射頻功率合成器，它共有三層，最底層為前級(jí)放大器層1，中層為放大器組件層2，上層是組件合成器層3，前級(jí)放大器層將高頻信號(hào)放大之后分成2n路，通過電纜4－0分別輸入到放大器組件層中各個(gè)放大器組件，各個(gè)放大器組件均由四個(gè)放大器電路組成，在各個(gè)放大器組件內(nèi)部將四路放大器電路通過電纜4－1兩兩之間合成之后再通過電纜4－2進(jìn)行一次合成，通過電纜4－3輸出到組件合成器層，組件合成器層將2n個(gè)放大器組件的輸出通過電纜4－4兩兩之間合成，以此類推，直至最后一級(jí)兩兩合成之后射頻輸出7，其中n為≥2的自然數(shù)。本實(shí)用新型合成功率大、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、合成效率高。
文檔編號(hào)H01P1/20GK2678152SQ20032012424
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
發(fā)明者牟文智, 丁義國(guó), 張龍華, 高允貴, 宋愛軍, 顧鴻章, 周衛(wèi)江 申請(qǐng)人:江陰市新潮科技有限公司