[发明专利]合路器装置

说明书

技术领域

根据第一方面，本发明涉及一种用于将多个高频输入信号组合成高频输出信号的合路器装置，该合路器装置包括：至少两个初级合路器，其用于将至少两个高频输入信号组合成高频中间信号；以及次级合路器，其用于将初级合路器的高频中间信号组合成高频输出信号。

根据第二方面，本发明涉及一种包括用于产生高频输入信号的多个放大器单元的系统。

根据第三方面，本发明涉及一种使用根据第一方面所述的合路器装置将多个高频输入信号组合成高频输出信号的方法，该方法包括如下步骤：借助至少两个初级合路器将至少两个高频输入信号组合成高频中间信号；以及借助次级合路器将初级合路器的高频中间信号组合成高频输出信号。

背景技术

通过LDMOS(“横向扩散金属氧化物半导体”)的FET(场效应晶体管)的发展和完善，在高频范围内(尤其是在VHF和UHF范围内)高性能放大器的发展已经得到了有力的推动。例如，可以提供包括两个推挽晶体管的功率放大器单元，这两个推挽晶体管在50MHz-500MHz的频率范围内具有750瓦特的晶体管对的高频输出。该频率范围是实际上所有的圆形粒子加速器(例如，同步加速器和回旋加速器)的高频加速谐振器进行操作的频率范围。需要建立通常为150kW-300kW的高频输出并保持此类谐振器中的加速电场。

然而，如果在合路器的帮助下组合来自一百多个放大器单元的输出信号，则只能通过半导体放大器实现这样的高输出。例如在使用此类最先进的放大器单元可以产生625W的高频输出的前提下工作，则4个所述放大器单元可以提供2.5kW的输出。然而，例如为了最终实现上面提到的150kW的所需输出功率，仍然需要六十倍合路器，换句话说，需要能够将60个单独信号组合成一个输出信号的合路器。由于平面工艺中的高输出，因此组合所述信号不再可能。

结果，通过用于电磁波的波导的系统(即，使电磁波可以以受引导的方式在其中传播的空间结构)，根据现有工艺水平在高频范围内进行组合。此类波导可以构造为例如具有内部导体和外部导体的同轴导体，或者构造为中空导体。同轴合路器尤其用在VHF(“非常高的频率”，30MHz与300MHz之间的频率)范围内，而波导或中空导体合路器例如因同轴线缆中的功率损耗而尤其用在UHF(“超高频”，300MHz与3GHz之间的频率)范围内。

在VHF范围内，信号例如由(真空下)波长在1m与10m之间的电磁波组成。由于对应的VHF同轴合路器的组件处于波长的数量级(例如，处于λ/4变换器的数量级)中，因此VHF同轴合路器可能长得不切实际，并相应地占用了大量的空间。

例如，从DE 10 2013 102 552 B3可知一种通用型合路器装置，该合路器装置将多个高频输入信号组合成高频输出信号。这里，借助该合路器在几个阶段中组合待组合信号。这里，设置有两组细长初级合路器，这两组细长初级合路器均像车轮那样或以星形形状布置在平面上，并且在中央通向垂直于初级合路器布置的次级合路器。然后，借助另一合路器对次级合路器的功率进行解耦。尽管控制柜的圆形布置能够实现对合路器装置的容易的访问(接触)，但圆形布置导致了相对大的布置规模。

例如，一个解决方案是提供具有径向几何形状的合路器装置(即这样的合路器：通过该合路器的盘状波导朝内引导信号以组合所述信号)。该信号例如在对称地分布在盘状波导的边缘部分的位置处被耦合，并在盘状波导的中心被解耦。为了防止该过程中的不希望的反射，可以为盘状波导设置与平面顶板组合的圆锥形(从边缘上升到中心)基板。能够想象分成多段的盘状波导的模型，其中，耦合信号由波导段进行传播，随后被解耦。可以通过考虑所存在的电流流动来发展该模型构思。在该模型构思中，对于径向向内传播的信号而言，不仅减小了波导段(其表示盘状波导的各个段，耦合至波导的信号被分配至各个段)的宽度，而且还减小了波导段的高度。由于这种类型的波导段的波导阻抗正比于波导的几何形状的高度与宽度之比，因此基板的锥度(即，波导的高度朝向波导中心的减小)可以补偿波导段到其中心的宽度的减小，并且波导阻抗在径向上保持恒定。因此可以防止因不正确的匹配而导致的不希望的反射。然而，由于波导阻抗通常需要由λ/4变换器进行调节，因此这将导致合路器装置在所述VHF范围内具有几米的直径。例如，在70MHz的频率下，盘状平行板波导(具有锥形基板)必须具有例如2m(2*λ/4)以上的直径(2*r)。因此，只有在相当高的频率下(例如在微波的情况下)，这种几何形状才能以节省空间的方式来实现。