专利名称：射频功率合成器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种射频功率合成器。应用于与各种激光器配套的大功率全固态激光射频源，功能是将各路放大器电路或放大器组件的输出功率进行合成。
背景技术：
此前应用于激光器的射频源大都使用电子管作为末级放大器，电子管单管可直接输出较大的射频功率，但是由于工作电压高，结构、线路复杂，体积庞大，同时电子管的寿命有限，约使用上千小时之后就会出现阴极老化，输出功率下降影响到激光器的工作稳定而不得不更换，从而使激光器用户的维护成本增加，并且在更换之后，需要进行老练，才能稳定工作，将严重影响用户的正常生产。这些原因就造成了配备电子管射频源的激光器在市场的竞争力下降。基于上述情况，采用射频晶体管来开发与各种激光器相配套的全固态射频源已成为必然。全固态射频源因为体积小、工作电压低、寿命长、易维护的优点在激光器产品上被广泛采用。应用于固态射频源的高频晶体管由于输出功率小，要想获得大功率的射频功率输出就必须使用多个晶体管分别放大之后再进行合成而构成功率组件，为了获得更大的射频功率输出还要进行组件之间的功率合成。这就必须解决大功率射频合成的技术问题。在射频领域的功率合成通常采用各种形式的电桥、传输线变压器、威尔金森合成器等几种方式。但它们分别存在以下不足波导型的合成电桥能承受大功率，但在激光射频场合是无法使用的。而通常的微带电桥和双芯电缆电桥因为结构上的原因只能在中小功率下使用；用微带线设计的威尔金森合成器的尺寸太长，微带线也难以通过激光射频源的千瓦以上大功率；传输线变压器合成器结构简单，但在千瓦级以上不仅磁芯尺寸大大增加，而且磁芯发热集中，温度升高使合成器的性能发生变化，合成器的阻抗也不易控制。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种合成功率大、体积小、结构简单、成本低、合成效率高的射频功率合成器。
本实用新型的目的是这样实现的一种射频功率合成器，其特点是它共有三层，最底层为前级放大器层，中层为放大器组件层，上层是组件合成器层，前级放大器层将高频信号放大之后分成2n路，通过电缆分别输入到放大器组件层中各个放大器组件，放大器组件层中的各个放大器组件均由四个放大器电路组成，在各个放大器组件内部将四个放大器电路通过电缆两两之间合成之后再通过电缆进行一次合成，再通过电缆输出到组件合成器层，组件合成器层将2n个放大器组件的输出通过电缆两两之间合成---，以此类推，直至最后一级两两合成之后射频输出，其中n为≥2的自然数。
本实用新型具有如下优点1、可根据合成器所需功率的大小选用不同直径的同轴电缆，合成功率大；2、电缆比较柔软，可以绕制，占用空间少，使合成器体积较小，结构简单；3、电缆剪切后即可使用，不需作任何加工，加工简单方便；4、电缆以及相关的元件都是标准产品，易于获得，成本相对于其他合成方式较为低廉；5、合成效率高。
该合成器可实现合成高达10KW的连续波和脉冲射频功率，适合应用于大功率的合成。在激光器射频源这种需要大功率射频能量的领域非常合适。
图1为本实用新型的正面装配结构示意图。
图2为本实用新型的放大器组件去盖板后正面结构示意图。
图3为图2的左侧视图。
图4为图2的俯视图。
图5为本实用新型的功率合成器去盖板后正面结构示意图。
图6为图5的A-A剖示图。
图7为本实用新型的合成器电路原理图。
具体实施方式
如图1，本实用新型的射频功率合成器共有三层，均置于合成器箱体5内。最底层为前级放大器层1，中层为放大器组件层2，上层是组件合成器层3。前级放大器层1的功能是将高频信号放大之后分成2n(n为≥2的自然数)路，再通过电缆4-0分别输入到放大器组件层2中各个放大器组件2-1、2-2、2-3、2-4(共2n个)。
如图2～4，放大器组件层2中的每个放大器组件2-1、2-2、2-3、2-4均由四个放大器电路6-1、6-2、6-3、6-4组成。在各放大器组件2-1、2-2、2-3、2-4内部将四路放大器电路6-1、6-2、6-3、6-4通过电缆4-1两两之间合成之后再通过电缆4-2进行一次合成后，通过电缆4-3输出到组件合成器层3。各个放大器组件2-1为一开口盒状体，盒状体底板为通有冷却水的冷却底板2-1-1，冷却底板2-1-1上连接冷却水进、出水管2-1-2、2-1-3，四路放大器电路6-1、6-2、6-3、6-4和电缆4-1、4-2均置于冷却底板2-1-1上。电缆4-0进线接头2-1-5和电缆4-3出线接头2-1-6连接于盒状体侧板上。盒状体另一侧板上连接有控制接线柱2-7、2-8和接直流电源的接线柱2-1-9。
如图5～6，组件合成器层3将2n(n为≥2的自然数)个组件2-1、2-2、2-3、2-4的输出通过电缆4-4两两之间合成之后再进行两两之间合成---，以此类推，直至最后一级两两合成之后通过定向耦合器射频输出7。组件合成器层3为一开口盒状体，该盒状体底板上固定有散热片3-1，散热片3-1上固定有冷却铜板3-2，2n个组件2-1、2-2、2-3、2-4的输出电缆4-4均置于冷却铜板3-2上，盒状体侧板内侧连接有散热风扇3-3。附图中只表示出了4个组件的情形，该技术对于2n个组件的情况都适用。
如图7，合成器电路采用了网络式结构，先由四路放大器电路6-1、6-2、6-3、6-4通过电缆4-1两两之间合成之后再通过电缆4-2进行一次合成组成一个放大器组件2-1。然后采用同样的方法，根据所输出功率的大小使用2n个放大器组件两两之间合成之后再进行合成直至最后一级两两合成之后输出。
本实用新型采用系列同轴电缆合成的方式。只要满足所要合成的放大器电路或放大器组件的数目是2的n次幂(2n)幂这一条件都可采用这种合成方式。
权利要求1.一种射频功率合成器，其特征在于它共有三层，最底层为前级放大器层(1)，中层为放大器组件层(2)，上层是组件合成器层(3)，前级放大器层(1)将高频信号放大之后分成2n路，通过电缆(4-0)分别输入到放大器组件层(2)中各个放大器组件(2-1、2-2、2-3、2-4)，放大器组件层(2)中的各个放大器组件(2-1、2-2、2-3、2-4)均由四个放大器电路(6-1、6-2、6-3、6-4)组成，在各个放大器组件(2-1、2-2、2-3、2-4)内部将四路放大器电路(6-1、6-2、6-3、6-4)通过电缆(4-1)两两之间合成之后再通过电缆(4-2)进行一次合成后，通过电缆(4-3)输出到组件合成器层(3)，组件合成器层(3)将2n个放大器组件(2-1、2-2、2-3、2-4)的输出通过电缆(4-4)两两之间合成---，以此类推，直至最后一级两两合成之后射频输出(7)，其中n为≥2的自然数。
2.根据权利要求1所述的一种射频功率合成器，其特征在于各个放大器组件(2-1)为一开口盒状体，盒状体底板为通有冷却水的冷却底板(2-1-1)，冷却底板(2-1-1)上连接冷却水进、出水管(2-1-2)、(2-1-3)，四路放大器电路(6-1、6-2、6-3、6-4)和电缆(4-1、4-2)均置于冷却底板(2-1-1)上，电缆4-0进线接头(2-1-5)和电缆(4-3)出线接头(2-1-6)连接于盒状体侧板上。
3.根据权利要求1或2所述的一种射频功率合成器，其特征在于组件合成器层(3)为一开口盒状体，该盒状体底板上固定有散热片(3-1)，散热片(3-1)上固定有冷却铜板(3-2)，2n个组件(2-1、2-2、2-3、2-4)的输出电缆(4-4)均置于冷却铜板(3-2)上，盒状体侧板内侧连接有散热风扇(3-3)。
专利摘要本实用新型涉及一种射频功率合成器，它共有三层，最底层为前级放大器层1，中层为放大器组件层2，上层是组件合成器层3，前级放大器层将高频信号放大之后分成2n路，通过电缆4－0分别输入到放大器组件层中各个放大器组件，各个放大器组件均由四个放大器电路组成，在各个放大器组件内部将四路放大器电路通过电缆4－1两两之间合成之后再通过电缆4－2进行一次合成，通过电缆4－3输出到组件合成器层，组件合成器层将2n个放大器组件的输出通过电缆4－4两两之间合成，以此类推，直至最后一级两两合成之后射频输出7，其中n为≥2的自然数。本实用新型合成功率大、体积小、结构简单、成本低、合成效率高。
文档编号H01P1/20GK2678152SQ20032012424
公开日2005年2月9日 申请日期2003年12月31日 优先权日2003年12月31日
发明者牟文智, 丁义国, 张龙华, 高允贵, 宋爱军, 顾鸿章, 周卫江 申请人:江阴市新潮科技有限公司