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时间：2020年5月28日 16:41
在现代射频、微波电路与通信系统中，无源器件以其 低功耗和可靠性高而被广泛使用，功率合成器是无源器件 中重要器件，主要应用于基站、直放站、室内覆盖中的信 号合路、分路及功率合成中，用作功率信号的分配与合 成，解决目前微波毫米波通用信号源输出功率小、无法满 足大功率信号需要等问题。由于目前单个固态器件的输出 功率受自身半导体物理特性的影响以及散热、加工工艺、 阻抗匹配等问题的限制而远远达不到实际工程中要求的输 出功率，无法满足微波毫米波大功率通信系统的要求。因 此，在单个器件输出功率有限的情况下，采用多个固态器 件的功率合成技术是提高系统输出功率的一种有效方法。 但是，国内外高效率的功率分配合成技术一直是急需攻克 的技术难题，同时随着通信系统 的升级，通信传输的信号 模式也越来越多，对合成器的带宽、插入损耗、功率承载 能力、端口 阻抗形式、稳定性、安装方便等方面提出更高的要求。
传统功率合成器的每个端口阻抗值均相同，主要因为 原有通信系统与器件通常为 固定阻抗形式。但是，随着系 统的变换与升级，其输入、输出端口的阻抗通常为不同 值，传统的50Ω功率合成器不能满足系统需求。同时，在 大功率通信系统中，现有平面功率合成器存有体积大、功 率小、一致性差、需要反复装配调试等问题，不能满足系 统小型化、高一致性与高可靠性的要求。因此，本文提出 了一种基于宽带耦合及宽带阻抗变换的小型化功 率合成 器，可满足现代通信系统多样性、大功率与小型化的需 求，具有工作频带宽、承受功率大、体积小、工程安装方便、一致性高等优点。
一、小型化功率合成器技术方案
平面功率合成器是一种将多路输入信号合成一路信号 输出的微波毫米波器件，同时可将一路信号能量功分成多 路输出，此时也可称为功率分配器。目前，传统的微波毫 米波平面功率合成器一般采用Wilkinson功率合成器来实 现，其主要缺点是，在工作频段加宽时，由于功分支路的 节数增多，造成通路加长，损耗加大，作为功率合成电路 应用时，高损耗 将直接导致功率合成效率降低。同时，在 大功率通信系统中，现有平面功率合成器存有体积大、功 率小、一致性差、需要反复装配调试等问题，不能满足系统小型化、高一致性与高可靠 性的要求。
因此，本文提出一种基于宽带耦合及宽带阻抗变换的 小型化功率合成器，包括两部分，一是具有宽频带特性的 耦合功分部分，将两路输入信号合成为一路信号，各路信 号幅度相同；二是阻抗匹配部分，该部分为蛇形曲线形 式，将两路信号传输阻抗匹配到不同阻抗值进行输出，每 个输出端口置有阻抗调配块，调节端口的阻抗与每个支路的相位。
整体结构如图1所示，整体结构共分为9层，中间介质 层（平行耦合合成电路分别位于中间介质层两侧）、顶部 第二介质层、顶部中间地层、顶部第三介质层、顶部地 层、底部第 二介质层、底部中间地层、底部第三介质层、 底部地层，除中间介质层外，顶部与底部结构为同厚度对 称结构。中间介质层采用了低介电常数的介质，可以有效 降低传输耦合通路的插入损耗，其它层介质可选用不同的 介质。同时由于底部中间地层的引入，通过调节顶部中间 地层在耦合部分与阻抗匹配部分的面积，可以灵活调节两 部分带线的介质厚度，满足耦合功分部分与阻抗匹配部分 不同阻抗输出的要求，提高了系统的幅度和相位一致性， 降低了通路的插入损耗，增大了功率的合成效率，具有结构紧凑，安装方便，生产一致性高等优点。
二、方案工作原理
采用该技术方案作为功率合成器时，主要由两个相同 的宽带耦合及宽带阻抗变换的小型化功率合成器与增益放 大单元组成，宽带耦合及宽带阻抗变换的小型化功率合成 器一个作为功率分配器，另一个作为功率合成器，采用相 同的结构可以保证各支路幅度与相位的一致性，可以高效地进行功率的分配与合成。
工作时，电磁波信号首先由功率合成端口进入，经由 耦合功分枝节等功分为两路信号，该结构具有宽频带工作 特性，通过增大了耦合合成区域面积，可以有效地拓宽 整 个功率分配/合成方案的工作带宽，并可有效减小渐变结构 尺寸，可根据不同工作频率和带宽灵活设计。分配后的信 号经由过渡转换体进入蛇形阻抗匹配枝节，蛇形阻抗匹配枝节部分的曲线形式减小了结构尺寸，实现了输入输出端 口不同阻抗值的匹配；阻抗变换后的信号经过阻抗相位配 块，该结构可以调节端口的阻抗与每个支路的相位，提高 各支路的幅度和相位一致性，保证信号的分配于合成效 率。分配后的各路信号分别经过外部的增益放大电路进行 放大，再由与分配结构相同的合成结构进行功率合成，合 成后的信号由功率合成端口输出，进而完成功率合成器的 功率分配与合成，当各个分配合成支路发生失配时，大功 率失配负载端口外接大功率负载，可以有效的保护功率分配与合成电路，提高功率容量。
三、结论
国内外高效的功率分配合成技术一直是急需攻克的技 术难题，所遇到的普遍问题是如何进一步有效地提高功率 分配/合成效率、降低通路损耗、增大工作带宽及提高功率 容量等。同时，随着通信系统的升级，通信传输的信号模 式也越来越多，对合成器的端口阻抗形式、稳定性、安装 方便等方面提出了更高的要求。传统功率合成器的每个端 口阻抗值均相同，主要因为原有通信系统与器件通常为固 定形式。但是，随着系统的变换与升级，其输入输出端口 的阻抗通常为不同值，传统的50欧姆功率合成器不能满足 系统要求。再者在大功率通信系统中，现有平面功率合成 器存有体积大、功率容量小、一致性差、需要反复装配调 试等问题，不能满足系统小型化、高一致性的要求。因 此，本文提出的扛袋耦合及宽带阻抗变换的小型化公里合 成器可以很好的解决以上问题，其主要由两部分组成，一 是具有宽频带特性的耦合功分部分；二是阻抗匹配部分， 可满足输入输出不同阻抗的要求，提高了系统的幅度和相 位一致性，降低了通路的插入损耗，增大了功率的合成效 率，具有工作频带宽、可靠性与一致性高等优点，整体结构小巧紧凑，工程安装方便，具有很强的工程实用性。
参考文献：
何猛.超宽带微波功分器的研制[D].成都:电子科技大学
赵海,刘颖力,张怀武,等.宽带Wilkinson功分器的设计电子元件与材料
郑强林,梁勤金,石小燕.Wilkinson型功率分配器设计 [J].微波学报作者简介：张文强（1987-），黑龙江五大连池人，硕士研究 生，工程师，研究方向：微波毫米波部件及大功率固态功率放大器的研制。
