一种ku波段功率合成器和放大器的制作方法

本公开属于射频技术领域，具体涉及一种ku波段功率合成器和放大器。

背景技术：

目前x-ku波段大功率脉冲功率放大器多采用行波管实现，单管输出功率2000w左右，但是根据emc（电磁兼容）市场的发展，急需该频段更大功率的脉冲功率放大器，这就需要我们对现有的行波管输出的功率放大信号进一步进行功率合成。目前该频段可以实现的最大功率已经达到10kw，但是如果想要得到更大的功率，就受到合成器件的功率容量限制，现有的功率合成系统均使用魔t作为功率合成器件，但是在x-ku波段魔t的功率容量无法满足10kw以上的功率要求，容易产生打火现象。

技术实现要素：

本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种ku波段功率合成器和放大器。

本公开的一个方面提供一种ku波段功率合成器，所述功率合成器包括至少一个第一功率合成模块，所述第一功率合成模块包括：

多个魔t功率合成器，每个所述魔t功率合成器包括多个输入端，以输入多个待合成的功率信号，每个所述魔t功率合成器将所述多个待合成的功率信号合成为第一功率合成信号；

h-t功率合成器，所述h-t功率合成器的输入端分别与所述多个魔t功率合成器的输出端相连接，所述h-t功率合成器将多个所述第一功率合成信号合成为第二功率合成信号。

可选的，所述功率合成器包括多个第一功率合成模块和至少一个第二功率合成模块，所述第二功率合成模块的输入端分别与所述多个第一功率合成模块的输出端相连接，所述第二功率合成模块将多个所述第二功率合成信号合成为第三功率合成信号。

可选的，所述魔t功率合成器为双脊波导魔t功率合成器，和/或所述h-t功率合成器为双脊波导h-t功率合成器。

可选的，所述魔t功率合成器包括：

魔t主体；

第一等分臂和第二等分臂，所述第一等分臂和所述第二等分臂分别设置在所述魔t主体沿其长度方向两端，所述第一等分臂和所述第二等分臂的电长度相同，用于向所述魔t功率合成器输入所述待合成的功率信号；

第一h臂，所述第一h臂设置在所述魔t主体沿其宽度方向的一端，用于输出所述第一功率合成信号；

e臂，所述e臂设置在所述魔t主体沿其厚度方向的一端，用于连接负载；

所述h臂和所述e臂的电长度相同。

可选的，所述h-t功率合成器包括：

h-t主体；

第三等分臂和第四等分臂，所述第三等分臂和所述第四等分臂分别设置在所述h-t主体沿其长度方向两端，所述第三等分臂和所述第四等分臂的电长度相同，用于向所述h-t功率合成器输入所述第一功率合成信号；

第二h臂，所述第二h臂设置在所述h-t主体沿其宽度方向的一端，用于输出所述第二功率合成信号；

可选的，所述功率合成器包括第一耦合模块；

所述第一耦合模块的输入端与所述第一功率合成模块的输出端相连接，所述第一耦合模块的输出端输出所述第二功率合成信号；

所述第一耦合模块对所述第二功率合成信号进行采样，得到第一采样功率，并通过所述第一耦合模块的正向耦合端和反向耦合端输出所述第一采样功率。

可选的，所述功率合成器包括第一控保模块，所述第一控保模块的第一输入端与所述第一耦合模块的正向耦合端相连接，所述第一控保模块的第二输入端与所述第一耦合模块的反向耦合端相连接，所述第一控保模块检测所述第一采样功率的变化，若所述第一采样功率的变化符合预设的第一条件，则发出故障报警。

可选的，所述功率合成器包括第二耦合模块；

所述第二耦合模块的输入端与所述第二功率合成模块的输出端相连接，所述第二耦合模块的输出端输出所述第三功率合成信号；

所述第二耦合模块对所述第三功率合成信号进行采样，得到第二采样功率，并通过所述第二耦合模块的正向耦合端和反向耦合端输出所述第二采样功率。

可选的，所述功率合成器包括第二控保模块，所述第二控保模块的第一输入端与所述第二耦合模块的正向耦合端相连接，所述第二控保模块的第二输入端与所述第二耦合模块的反向耦合端相连接，所述第二控保模块检测所述第二采样功率的变化，若所述第二采样功率的变化符合预设的第二条件，则发出故障报警。

本公开的另一个方面提供一种ku波段功率放大器，包括前文阐述的功率合成器，所述功率放大器还包括多个功率放大模块，每个所述功率放大模块与所述魔t功率合成器的输入端相连接。

本公开实施例的一种ku波段功率合成器和放大器中，使用至少一个第一功率合成模块实现功率合成，具体地，通过多个魔t功率合成器和h-t功率合成器级联来实现功率合成，由于h-t功率合成器的功率容量远大于魔t功率合成器，不具有功率容量受限制的问题，因此，经由魔t功率合成后的信号再通过h-t进行功率合成，可实现仅使用魔t功率合成器级联所不能实现的大功率合成，以满足ku波段对大功率信号的使用需求。

附图说明

图1为本公开一实施例的一种ku波段功率合成器和放大器的组成示意框图；

图2为本公开另一实施例的一种ku波段功率合成器和放大器的组成示意框图；

图3为本公开另一实施例的魔t功率合成器的结构示意图；

图4为本公开另一实施例的h-t功率合成器的结构示意图；

图5为图1中所示的一种ku波段功率合成器的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外具体说明，本公开中使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等既不限定所提及的形状、数字、步骤、动作、操作、构件、原件和/或它们的组，也不排除出现或加入一个或多个其他不同的形状、数字、步骤、动作、操作、构件、原件和/或它们的组，或加入这些。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量与顺序。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在发明的一些描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“相连”或者“固定”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是通过中间媒体间接连接，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的互相作用关系。以及，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征，第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

还应当理解的是，当将一个层称为位于另一个层或基板“上”时，其可以直接位于另一层或基板上，或也可以有介入层；还应当理解的是，当将一个元件（如层、区域或基板）称作在另一个元件“上”、“连接至”、“电连接至”或“电耦接至”另一个元件时，其可以直接在其他元件上，直接连接或耦接至其他元件，或者也可有一个或多个介入元件。相对地，当将一个元件称作“直接位于”另一元件或层上、“直接连接至”或“直接耦接至”另一元件或层，则不存在介入元件或层。这里所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何及所有组合）

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对设置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的，对于相关领域普通技术人员已知的技术，方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所示技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体的其他示例可以具有不同的值。应注意到：相似的符号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进一步讨论。

如图1所示，本公开提出了一种ku波段功率合成器100，包括至少一个第一功率合成模块110，第一功率合成模块包括多个魔t功率合成器111和至少一个h-t功率合成器112；每个魔t功率合成器111包括多个输入端，每个输入端用于输入一路待合成的功率信号，多个输入端即向魔t功率合成器输入多个待合成的功率信号，每个魔t功率合成器111将多个待合成的功率信号合成为第一功率合成信号；h-t功率合成器112的输入端分别与多个魔t功率合成器的输出端相连接，每个魔t功率合成器111通过其输出端将第一功率合成信号传输至h-t功率合成器112，h-t功率合成器112将多个第一功率合成信号合成为第二功率合成信号后通过其输出端输出。

示例性的，如图1所示，多个待合成的功率信号通过魔t功率合成器的多个输入端分别输入至魔t功率合成器，多个待合成的功率信号在魔t功率合成器中合成为第一功率合成信号，每个魔t功率合成器通过其输出端将第一功率合成信号传输至h-t功率合成器，多个魔t功率合成器分别将多个第一功率合成信号输入至h-t功率合成器，多个第一功率合成信号在h-t功率合成器中被合成为第二功率合成信号，示例性的，待合成的功率信号为功率65dbm的信号，两路待合成的功率信号通过魔t功率合成器合成为功率67.5dbm的信号，也就是第一功率合成信号，两个魔t功率合成器分别输出两路功率67.5dbm的信号，两路第一功率合成信号通过h-t功率合成器合成为功率70dbm的信号，也就是第二功率合成信号。

本实施例中提出的一种ku波段功率合成器，使用至少一个第一功率合成模块实现功率合成，具体地，通过多个魔t功率合成器和一个h-t功率合成器级联来实现功率合成，由于h-t功率合成器的功率容量远大于魔t功率合成器，不具有功率容量受限制的问题，因此，经由魔t功率合成后的信号再通过h-t进行功率合成，可实现仅使用魔t功率合成器级联所不能实现的大功率合成，以满足ku波段对大功率信号的使用需求。

下面将结合图1，进一步阐述功率合成器的具体结构。

示例性的，如图1所示，功率合成器100包括多个第一功率合成模块110和至少一个第二功率合成模块120，示例性的，第二功率合成模块包括至少一个h-t功率合成器，例如一个h-t功率合成器，或者两个h-t功率合成器级联一个h-t功率合成器，或者两个魔t功率合成器级联一个h-t功率合成器，本领域技术人员可根据实际需求进行设计，本实施例中不进行具体限制，第二功率合成模块120的输入端分别与多个第一功率合成模块110的输出端相连接，第二功率合成模块120将多个第二功率合成信号合成为第三功率合成信号并通过其输出端输出。

示例性的，如图1所示，多个第一功率合成模块通过其输出端分别将第二功率合成信号传输至第二功率合成模块，第二功率合成模块将多个第二功率合成信号合成为第三功率合成信号，示例性的，第二功率合成模块为一个h-t功率合成器，两路功率70dbm的第二功率合成信号通过第二功率合成模块合成为功率71.8dbm的第三功率合成信号。

本实施例中提出的一种ku波段功率合成器，针对具有多个第一功率合成模块的情况，进一步使用一个第二功率模块将多个第一功率合成模块输出的第二功率合成信号进一步合成，进一步的，第二功率模块使用包括至少一个h-t功率合成器的结构，进一步利用h-t功率合成器功率容量大的特点，提高输出信号的功率，使得本实施例中的功率合成器可将x-ku波段脉冲功放的最大输出功率提高到15kw，也就是输出功率15kw的第三功率合成信号，突破了现有技术中ku波段信号的功率容量无法达到10kw以上的技术瓶颈。

下面将结合图3至图5，进一步阐述魔t功率合成器和h-t功率合成器的具体结构。

示例性的，如图3所示，魔t功率合成器111为双脊波导魔t功率合成器，魔t功率合成器111包括魔t主体1111、第一等分臂1112、第二等分臂1113、第一h臂1114和e臂1115；示例性的，魔t主体1111为长方体结构；第一等分臂1112和第二等分臂1113分别设置在魔t主体1111沿其长度方向两端，也就是图中魔t主体沿x方向的左右两端，第一等分臂1112和第二等分臂1113的电长度相同，分别作为输入端用于向魔t功率合成器111输入待合成的功率信号；第一h臂1114设置在魔t主体1111沿其宽度方向的一端，也就是图中魔t主体沿y方向的前端，其作为输出端用于魔t功率合成器111输出第一功率合成信号；e臂1115设置在魔t主体沿其厚度方向的一端，也就是图中魔t主体沿z方向的上端，其用于连接匹配负载，本领域技术人员可根据实际的使用需求选择不同大小的匹配负载，本实施例中不进行具体限制；h臂和e臂的电长度相同。

示例性的，如图3所示，所述第一等分臂1112的中央区域设置有贯通其厚度的第一通孔1116，示例性的，第一通孔的截面为h形，且第一通孔的长度方向与魔t主体的宽度方向相平行，也就是该截面h的长度方向沿图中所示的y方向，示例性的，第二等分臂、第一h臂、e臂均与第一等分臂的结构相对应，也就是说，示例性的，第二等分臂1113的中央区域设置有贯通其厚度的第二通孔（图中未示出），第二通孔的截面为h形且其长度方向与魔t主体的宽度方向相平行，第一h臂1114的中央区域设置有贯通其厚度的第三通孔1117，第三通孔的截面为h形且其长度方向与魔t主体的长度方向相平行，也就是该截面h的长度方向沿图中所示的x方向，e臂1115的中央区域设置有贯通其厚度的第四通孔1118，第四通孔的截面为h形且其长度方向与魔t主体的宽度方向相平行。

示例性的，如图4所示，h-t功率合成器112为双脊波导h-t功率合成器，h-t功率合成器包括h-t主体1121、第三等分臂1122、第四等分臂1123和第二h臂1124；示例性的，h-t主体1121为长方体结构；第三等分臂1122和第四等分臂1123分别设置在h-t主体1121沿其长度方向两端，也就是图中h-t主体沿x方向的左右两端，第三等分臂1122和第四等分臂1123的电长度相同，分别作为输入端用于向h-t功率合成器112输入第一功率合成信号；第二h臂1124设置在h-t主体1121沿其宽度方向的一端，也就是图中h-t主体沿y方向的前端，其作为输出端用于h-t功率合成器输出第二功率合成信号。

示例性的，如图4所示，第三等分臂1122的中央区域设置有贯通其厚度的第五通孔1125，示例性的，第五通孔的截面为h形，且第五通孔的长度方向与h-t主体的宽度方向相平行，也就是该截面h的长度方向沿图中所示的y方向，示例性的，第四等分臂、第二h臂均与第三等分臂的结构相对应，也就是说，示例性的，第四等分臂1123的中央区域设置有贯通其厚度的第六通孔（图中未示出），第六通孔的截面为h形且其长度方向与h-t主体的宽度方向相平行，第二h臂1124的中央区域设置有贯通其厚度的第七通孔1126，第七通孔的截面为h形且其长度方向与h-t主体的长度方向相平行，也就是该截面h的长度方向沿图中所示的x方向，。

示例性的，如图3所示，第一等分臂1112、第二等分臂1113、第一h臂1114和e臂1115上分别设置有第一安装部1119，示例性的，第一安装部包括分别分布在第一等分臂1112、第二等分臂1113、第一h臂1114和e臂1115表面边缘处的安装孔和安装柱。示例性的，如图4所示，第三等分臂1122、第四等分臂1123和第二h臂1124上分别设置有第二安装部1127，示例性的，第二安装部包括分别分布在第三等分臂1122、第四等分臂1123和第二h臂1124表面边缘处的安装孔和安装柱。示例性的，如图5所示，魔t功率合成器111通过第一安装部连接金属连接件101沿其长度方向的第一端，h-t功率合成器112通过第二安装部连接金属连接件101沿其长度方向的第二端，h-t功率合成器112与第二功率合成模块120相连接，其中，第二功率合成模块为h-t功率合成器，示例性的，h-t功率合成器112与第二功率合成模块120可直接连接，也可通过第一耦合模块130间接连接。

本实施例中提出的一种ku波段功率合成器，进一步阐述了魔t功率合成器和h-t功率合成器的具体结构，使用上述结构的魔t功率合成器，俩个等分臂之间具有较好的隔离度，从而提高了整机的稳定性，使用上述结构的h-t功率合成器，能够实现较大功率的合成，提高第一功率合成模块最终输出的合成功率的大小。

下面将结合图1和图2，进一步阐述功率合成器的具体结构。

示例性的，如图1所示，功率合成器100包括第一耦合模块130，示例性的，功率合成器可包括多个第一耦合模块，例如，第一耦合模块的数量与第一功率合成模块的数量相对应，以保证每个第一功率合成模块都匹配一个对应的第一耦合模块，用于采样其输出的第二功率合成信号；第一耦合模块130的输入端与第一功率合成模块110的输出端相连接，第一耦合模块130的输出端输出第二功率合成信号，示例性的，若功率合成器仅包括第一功率合成模块而不包括第二功率合成模块，则第一耦合模块输出的第二功率合成信号作为功率合成器最终输出的功率合成信号，若功率合成器包括第一功率合成模块和第二功率合成模块，则第一耦合模块的输出端与第二功率合成模块的输入端相连接，第一耦合模块将第二功率合成信号传输至第二功率合成模块；第一耦合模块130对第二功率合成信号进行采样，得到第一采样功率，并通过第一耦合模块130的正向耦合端131和反向耦合端132输出第一采样功率。

示例性的，如图1所示，功率合成器100包括第一控保模块140，示例性的，功率合成器可包括多个第一控保模块，例如，第一控保模块的数量与第一耦合模块的数量相对应，以保证每个第一耦合模块输出的第一采样功率均连接一个对应的第一控保模块，用于监测器功率变化、及时发现故障，本领域技术人员也可根据实际的使用需求对特定的一个或多个第一耦合模块配置对应的第一控保模块，本实施例中不进行具体限制，第一控保模块140的第一输入端141与第一耦合模块130的正向耦合端131相连接，第一控保模块140的第二输入端142与第一耦合模块130的反向耦合端132相连接，第一控保模块140接收第一耦合模块130发送的第一采样功率，并检测第一采样功率的变化，若第一采样功率的变化符合预设的第一条件，则发出故障报警，示例性的，第一条件为反向功率增加，例如，当反向功率＞1000w，且（反向功率/正向功率）≥1/4时，则判断满足第一条件，触发过驻波告警，发出报警。具体地，当第一功率合成模块中输出的第二功率合成信号，也就是h-t功率合成器输出的第二功率合成信号功率异常或功率反射过大时，第一耦合模块对第二功率合成信号采样得到的第一采样功率会出现功率变化，第一控保模块检测到该功率变化并将其与预设的第一条件进行比较，若符合，则发出故障报警，例如发出警报声或控制功率合成器关机，从而对其进行保护。

示例性的，如图1所示，功率合成器100包括第二耦合模块150，示例性的，功率合成器可包括多个第二耦合模块，例如，第二耦合模块的数量与第二功率合成模块的数量相对应，以保证每个第二功率合成模块都匹配一个对应的第二耦合模块，用于采样其输出的第三功率合成信号；第二耦合模块150的输入端与第二功率合成模块120的输出端相连接，第二耦合模块150的输出端输出第三功率合成信号，作为功率合成器最终输出的功率合成信号；第二耦合模块150对第三功率合成信号进行采样，得到第二采样功率，并通过第二耦合模块150的正向耦合端151和反向耦合端152输出第二采样功率。

示例性的，如图1所示，功率合成器100包括第二控保模块160，示例性的，功率合成器可包括多个第二控保模块，例如，第二控保模块的数量与第二耦合模块的数量相对应，以保证每个第二耦合模块输出的第二采样功率均连接一个对应的第二控保模块，用于监测器功率变化、及时发现故障，本领域技术人员也可根据实际的使用需求对特定的一个或多个第二耦合模块配置对应的第二控保模块，本实施例中不进行具体限制，第二控保模块160的第一输入端161与第二耦合模块150的正向耦合端151相连接，第二控保模块160的第二输入端162与第二耦合模块150的反向耦合端152相连接，第二控保模块160接收第二耦合模块150发送的第二采样功率，并检测第二采样功率的变化，若第二采样功率的变化符合预设的第二条件，则发出故障报警，示例性的，第二条件的判定阈值为第一条件判定阈值的n倍，其中，n为第一功率合成模块的数量，示例性的，第二条件为反向功率增加，例如，当反向功率＞2000w，且（反向功率/正向功率）≥1/4时，则判断满足第二条件，触发过驻波告警，发出报警。具体地，当第二功率合成模块中输出的第三功率合成信号异常或功率反射过大时，第二耦合模块对第三功率合成信号采样得到的第二采样功率会出现功率变化，第二控保模块检测到该功率变化并将其与预设的第二条件进行比较，若符合，则发出故障报警，例如发出警报声或控制功率合成器关机，从而对其进行保护。

示例性的，如图2所示，第二控保模块160还包括第三输入端163和第四输入端164，第二控保模块160的第三输入端163与第一耦合模块130的正向耦合端131相连接，第二控保模块160的第四个输入端164与第一耦合模块130的反向耦合端132相连接，第一耦合模块130将其采样得到的第一采样功率发送至第二控保模块160，第二控保模块160检测第一采样功率的变化，若第一采样功率的变化符合预设的第一条件，则发出故障报警，也就是说，第二控保模块不仅可用于检测第二采样功率的功率变化，还可用于检测第一采样功率的功率变化，通过一个控保模块实现双重预警的功能。

本实施例中提出的一种ku波段功率合成器，进一步通过耦合模块和控保模块的配合使用，来监控功率合成器中可能出现的安全隐患，例如在功率合成器使用过程中由于隔离度问题而引起的安全性隐患等，本实施例中的功率合成器使用第一耦合模块和第一控保模块监控第一功率合成模块输出的第二功率合成信号功率的变化，使用第二耦合模块和第二控保模块监控第二功率合成模块输出的第三功率合成信号功率的变化，通过两级监控全面的检测功率合成信号的功率变化，从而检测功率合成器中可能出现的安全隐患，并及时发出报警，提高了功率合成器整体的安全性能。

如图1和图2所示，本公开提出了一种ku波段功率放大器，包括前文记载的功率合成器100，功率放大器还包括多个功率放大模块200，每个功率放大模块200与第一功率合成模块110中的魔t功率合成器111的输入端相连接，功率放大模块用于放大功率，并将其输送至魔t功率合成器作为待合成的功率信号，示例性的，功率放大模块为行波管。

本实施例中提出的一种ku波段功率放大器，使用了前文记载的功率合成器，通过多个魔t功率合成器和h-t功率合成器级联来实现功率合成，由于h-t功率合成器的功率容量远大于魔t功率合成器，不具有功率容量受限制的问题，因此，经由魔t功率合成后的信号再通过h-t进行功率合成，可实现仅使用魔t功率合成器级联所不能实现的大功率合成，以使得功率放大器能够满足ku波段对大功率信号的使用需求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开/的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。