充當(dāng)高階諧波濾波器的rf功率合成器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高階諧波濾波器設(shè)計(jì)，具體地，涉及充當(dāng)高階諧波濾波器的RF功率合成器。
【背景技術(shù)】
[0002]需要高階諧波濾波器來(lái)產(chǎn)生F類功率放大器。這些濾波器既需要通過(guò)反射由奇次諧波攜帶的功率來(lái)增加放大器的效率，又需要合成來(lái)自若干放大器(RF模塊)的功率，并輸送其負(fù)載。對(duì)于設(shè)計(jì)緊湊的高效RF發(fā)生器/放大器，對(duì)這種裝置的需求尤其高。
[0003]當(dāng)前，存在若干與該問(wèn)題相關(guān)的專利:US4562409、US4926145、US6242984B1、US4238747等。所有提及的專利描述了解決并聯(lián)電源與抑制非期望的高階模式聯(lián)合的問(wèn)題，非期望的高階模式以高于操作頻率的頻率傳播。在所有的專利中均使用徑向傳輸線和輸出共軸線，多個(gè)RF模塊連接到徑向傳輸線。
[0004]US4238747公開(kāi)了一種波型濾波器設(shè)備，利用位于濾波器諧振腔底部上的多個(gè)徑向諧振槽來(lái)防止多模結(jié)構(gòu)中的非期望模式。濾波器諧振腔的頂部包括可變高度的中心區(qū)段，以與諧振槽協(xié)作來(lái)提供模式選擇。柱形濾波器諧振腔具有位于底板中的徑向諧振槽圖案和位于設(shè)備頂板中的可變高度中心部。可通過(guò)改變頂板的中心部的高度以及通過(guò)改變徑向槽的長(zhǎng)度、寬度和深度來(lái)控制波型濾波器設(shè)備的模式選擇。還可通過(guò)用吸收材料填充徑向槽至各深度來(lái)改變模式選擇。
[0005]US4926145公開(kāi)了徑向功率合成器/分配器，其中，在徑向傳輸線中對(duì)應(yīng)于非期望高階模式(包括m = I和m = 2模式)的能量被有效地吸收。在所述徑向功率合成器/分配器中，提供徑向槽用于抑制非期望的模式，不能由徑向槽恰當(dāng)抑制的某些非期望的模式被允許在中心共軸傳輸線中傳播，并在其中由外導(dǎo)體中的縱向槽抑制。在替代實(shí)施例中，合成器/分配器的中心傳輸線處于圓形波導(dǎo)的形式，抑制器件包括具有耗散材料的薄的間隔開(kāi)的共軸柱體。
[0006]US4562409公開(kāi)了諧振腔耦合式功率分配器/功率合成器，其可以小的插入損失在寬帶寬上分配或合成微波電功率。諧振腔耦合式功率分配器/功率合成器包括以柱形ΤΟ, η, O模式共振的第一諧振腔以及布置在第一諧振腔周界上的多個(gè)第二諧振腔，多個(gè)第二諧振腔沿徑向相對(duì)于第一諧振腔對(duì)稱地延伸。第二諧振腔均具有相同形狀和大小，使得在第一諧振腔和每個(gè)第二諧振腔之間確立磁場(chǎng)耦合，以在微波放大器中分配或合成微波功率。
[0007]在諧振腔中，利用徑向線的導(dǎo)體中的徑向縫和輸出共軸線的外導(dǎo)體中的縱向縫抑制高次諧波，所有縫由吸收耗散材料填充。這些專利解決了功率合成和信號(hào)過(guò)濾的問(wèn)題。在提及的專利中，高次諧波的功率在合成器壁或介質(zhì)材料中耗散，但是不會(huì)像本發(fā)明公開(kāi)所要求的那樣被反射回RF模塊。
[0008]US6242984涉及固態(tài)功率放大器(SSPA)模塊，其將信號(hào)分為多個(gè)部分，使用分布式放大器放大所述部分，并將放大部分再次合成為信號(hào)輸出。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的SSPA模塊包括信號(hào)輸入和徑向分裂器，徑向分裂器連接到信號(hào)輸入，包括多個(gè)徑向延伸的分裂器波導(dǎo)。SSPA模塊還包括信號(hào)輸出和徑向合成器，徑向合成器連接到信號(hào)輸出，包括多個(gè)徑向延伸的合成器波導(dǎo)。分裂器和合成器之間的連接由多個(gè)豎直延伸的波導(dǎo)提供。SSPA模塊還包括連接到合成器波導(dǎo)的多個(gè)處理電路，例如MMIC放大器。波導(dǎo)-微帶過(guò)渡部還可用于將在波導(dǎo)中傳播的信號(hào)連接到與處理電路連接的微帶線，并從微帶線連接波導(dǎo)中傳播的信號(hào)。通常，過(guò)渡部包括波導(dǎo)區(qū)段，其具有頂部傳導(dǎo)層，頂部傳導(dǎo)層限定出第一縫和第二縫，第一縫和第二縫限制出抵接微帶區(qū)段的過(guò)渡區(qū)域，以形成波導(dǎo)-微帶過(guò)渡部。
[0010]如US6242984B1中，在專利US4562409中，來(lái)自每個(gè)RF模塊的信號(hào)首先基于矩形波導(dǎo)被注入到諧振腔，矩形波導(dǎo)經(jīng)由磁場(chǎng)耦合到具有共軸輸出的徑向線段。該設(shè)計(jì)包含有兩個(gè)串聯(lián)的共振器，這可用于三次諧波的反射。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]因此，濾波器既需要通過(guò)反射由奇次諧波攜帶的功率來(lái)增加放大器的效率，同時(shí)又需要合成來(lái)自若干放大器(RF模塊)的功率，并輸送其負(fù)載。
[0012]本發(fā)明之目的是提供一種徑向RF濾波器，其解決了通過(guò)反射由奇次諧波攜帶的功率來(lái)增加放大器的效率，同時(shí)又合成來(lái)自若干放大器(RF模塊)的功率，并輸送其負(fù)載的冋題。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種充當(dāng)高階諧波濾波器的RF功率合成器，包括:
[0014]至少一對(duì)共軸布置的盤(pán)狀金屬導(dǎo)體，所述導(dǎo)體中的至少一個(gè)具有中心軸線開(kāi)口以容納波導(dǎo)，其中，盤(pán)狀金屬導(dǎo)體的面向表面相對(duì)于盤(pán)狀金屬導(dǎo)體的對(duì)稱平面對(duì)稱地成型，以形成多個(gè)連續(xù)的徑向連通同心空腔，所述同心空腔具有等腰梯形，等腰梯形在截面中具有不同基底，每個(gè)梯形的較小基底布置成更靠近中心軸線，其中，
[0015]同心空腔的數(shù)量是(2k+l)，其中，k是正過(guò)濾的信號(hào)諧波的數(shù)量；
[0016]多個(gè)空腔的所有同心空腔具有相同的徑向長(zhǎng)度；
[0017]多個(gè)空腔的所有同心空腔在梯形基底處具有不同角度，所述角度取決于徑向傳輸線的由每個(gè)同心空腔形成的區(qū)段的波阻抗；
[0018]多個(gè)喇叭天線，均勻地布置在盤(pán)狀金屬導(dǎo)體的周界周圍，并連接到盤(pán)狀金屬導(dǎo)體，所述多個(gè)喇叭天線中的每個(gè)喇叭天線的空腔的徑向長(zhǎng)度等于同心空腔的徑向長(zhǎng)度，每個(gè)喇叭天線的外側(cè)適于連接RF模塊，RF模塊是RF信號(hào)源，并具有條線形式的輸出；
[0019]盤(pán)狀金屬導(dǎo)體中的同心空腔和喇叭天線的空腔形成徑向非耗散傳輸線的區(qū)段，電磁T波在所述區(qū)段中傳播，每個(gè)所述區(qū)段的阻抗幅度在平行于中心軸線的柱形部分中具有線阻抗的恒定值，對(duì)于分析的諧波，線阻抗的恒定值由RF模塊的復(fù)輸出阻抗的值確定。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種充當(dāng)高階諧波濾波器的RF功率合成器，包括:
[0021]至少一對(duì)共軸布置的盤(pán)狀金屬導(dǎo)體，所述導(dǎo)體中的至少一個(gè)具有中心軸線開(kāi)口以容納波導(dǎo)，其中，所述盤(pán)狀金屬導(dǎo)體的面向表面相對(duì)于盤(pán)狀金屬導(dǎo)體的對(duì)稱平面對(duì)稱地成型，以形成多個(gè)連續(xù)的徑向連通同心空腔，所述同心空腔具有等腰梯形，等腰梯形在截面中具有不同的基底，每個(gè)梯形的較小基底布置成更靠近中心軸線，其中，
[0022]同心空腔的數(shù)量是(2k+l)，其中，k是被過(guò)濾的信號(hào)諧波的數(shù)量；
[0023]多個(gè)空腔的所有同心空腔具有相同的徑向長(zhǎng)度；
[0024]多個(gè)空腔的所有同心空腔在梯形基底處具有不同角度，所述角度取決于徑向傳輸線的由每個(gè)同心空腔形成的區(qū)段的波阻抗；
[0025]多個(gè)喇叭天線，與所述盤(pán)狀金屬導(dǎo)體一體地制成，并均勻地布置在所述盤(pán)狀金屬導(dǎo)體的周界周圍，所述多個(gè)喇叭天線中的每個(gè)喇叭天線的空腔的徑向長(zhǎng)度等于同心空腔的徑向長(zhǎng)度，每個(gè)喇叭天線的外側(cè)適于連接RF模塊，所述RF模塊是RF信號(hào)源，并具有條線形式的輸出；
[0026]所述盤(pán)狀金屬導(dǎo)體中的同心空腔和所述喇叭天線的空腔形成徑向非耗散傳輸線的各區(qū)段，電磁T波在所述區(qū)段中傳播，每個(gè)所述區(qū)段的阻抗幅度在平行于中心軸線的柱形部分中具有線阻抗的恒定值，對(duì)于被分析的諧波，線阻抗的恒定值由RF模塊的復(fù)輸出阻抗的值確定。
[0027]優(yōu)選地，多個(gè)空腔中的同心空腔的數(shù)量是等于至少三的奇數(shù)。
[0028]優(yōu)選地，盤(pán)狀金屬導(dǎo)體由銅制成。
[0029]優(yōu)選地，喇叭天線的數(shù)量由所連接的RF模塊的數(shù)量確定，所述RF模塊均具有輸出功率，所述RF模塊的總輸出功率是所述功率合成器的輸出功率。
[0030]優(yōu)選地，第二盤(pán)狀金屬導(dǎo)體包括用于連接波導(dǎo)的末端的單元。
[0031]優(yōu)選地，當(dāng)連接以共軸波導(dǎo)形式制成的波導(dǎo)的末端時(shí)，外導(dǎo)體連接到盤(pán)之一，內(nèi)導(dǎo)體連接到另一盤(pán)。
[0032]優(yōu)選地，當(dāng)將波導(dǎo)連接到所述功率合成器時(shí)，金屬導(dǎo)體兩者均連接到共軸波導(dǎo)的外導(dǎo)體。
[0033]優(yōu)選地，RF功率合成器包括中空柱體形式的殼體，用于容納所述盤(pán)狀金屬導(dǎo)體，所述殼體與所述導(dǎo)體共軸地布置，并具有位于柱形側(cè)壁中的多個(gè)窗口以將RF模塊連接到喇叭天線以及位于至少一個(gè)端面中的中心開(kāi)口以使共軸波導(dǎo)通過(guò)，所述壁的數(shù)量等于喇叭天線的數(shù)量。
[0034]優(yōu)選地，RF功率合成器包括兩對(duì)或更多對(duì)共軸布置的盤(pán)狀金屬導(dǎo)體。
[0035]獲得的優(yōu)點(diǎn)或?qū)λ蠓桨傅呢暙I(xiàn)是非諧振功率合成器和基于徑向傳輸線的階梯線濾波器的統(tǒng)一。所提出的發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)如下:
[0036]a)基于本發(fā)明的多個(gè)裝置可易于結(jié)合到單個(gè)功率合成器設(shè)計(jì)；
[0037]b)奇次諧波反射回RF模塊，以實(shí)現(xiàn)固態(tài)微波放大器的高效操作；
[0038]c)不具有共振空腔的徑向?yàn)V波器的傳導(dǎo)壁的幾何形狀產(chǎn)生低的有用功率耗散。
【附圖說(shuō)明】
[0039]參考在附圖中示出的本發(fā)明的特定實(shí)施例，會(huì)呈現(xiàn)對(duì)所要求發(fā)明的實(shí)施例的更具體描述，特定實(shí)施例不應(yīng)認(rèn)為限制本發(fā)明的范圍。通過(guò)使用附圖，以額外的特異性和細(xì)節(jié)描述和說(shuō)明本發(fā)明的各方面，附圖中:
[0040]圖1示出根據(jù)本發(fā)明，充當(dāng)高階諧波濾波器的RF功率合成器的示意圖(縱向截面)；
[0041]圖2示出根據(jù)本發(fā)明，形成在具有喇叭天線的RF功率合成器中的同心空腔的示意圖；
[0042]圖3示出根據(jù)本發(fā)明，盤(pán)狀金屬導(dǎo)體和與盤(pán)狀金屬導(dǎo)體一體形成的喇叭天線的透視圖(局部剖視圖)；
[0043]圖4示出根據(jù)本發(fā)明，具有喇叭天線的盤(pán)狀金屬導(dǎo)體的頂視圖；
[0044]圖5示出根據(jù)本發(fā)明，形成在具有喇叭天線的RF功率合成器中的同心空腔的另一實(shí)施例的示意圖(縱向截面)，該同心空腔具有與圖1不同的形狀；
[0045]圖6示出根據(jù)本發(fā)明，形成在RF功率合成器中的RF功率合成器同心空腔的另一實(shí)施例的示意圖(縱向截面)，同心空腔具有與圖1不同的形狀，其中，外導(dǎo)體連接到盤(pán)之一，內(nèi)導(dǎo)體連接到盤(pán)的另一個(gè)；
[0046]圖7示出根據(jù)本發(fā)明，充當(dāng)高階諧波濾波器的RF