[发明专利]一种射频电源的DSPSL大功率合路器

说明书

本发明提供了一种射频电源的DSPSL大功率合路器，包括介质板、设置在介质板上表面的顶层导电带线、以及设置在介质板下表面的底层导电带线，顶层导电带线和底层导电带线平行且正对设置；所述顶层导电带线和底层导电带线均包括至少一组一级合成单元；所述一级合成单元包括对称设置的第一带线和第二带线，还包括一个第一输出端口；所述第一带线和第二带线的第一端分别为第一输入端口和第二输入端口，第二端均在第一相交点处与所述第一输出端口连接；所述第一带线、第二带线和第一输出端口的宽度相等；所述第一带线和第二带线的长度均为工作频率对应波长的四分之一；该合路器功率容量较高、阻抗较高且抗干扰能力较强，对输入端信号的要求较低。

技术领域

本发明涉及功率合成技术领域，尤其涉及一种射频电源的DSPSL大功率合路器。

背景技术

信号传输需要一定的介质和载体，而传输线是用来传输电磁能量和信息的线路，可以使载有信息的电磁波，沿着传输线规定的路径，将电磁能从能量源头传输到负载端。取决于不同的应用场景和电磁环境，传输线的形态也各不相同。如在音频应用下的双绞线，射频微波领域下的微带传输、波导管传输，光信号的光纤传输等等。

在低频应用下，能量的传递可以通过两根平行的导线就可以实现。当频率升高时，波长降低，当波长与平行传输线间距相当时，会向外产生能量辐射，传输效率随之降低，损耗增大。因此在射频微波领域，常用同轴传输线代替，能量被束缚在同轴内外导体之间进行传输。但同轴传输线难以集成，一般只在功率输入输出口，无法利用其进行功率合成的设计，且但需求功率较高时，由同轴线缆的特性可知，需要内外导体的尺寸较大，不利用小型化。

差分线是传输线的一种形式，与单端线相比，差分传输在两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相等，相位相反。在这两根线上的传输的信号就是差分信号。差分走线必须是等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的两根线，以保证幅度一致。差分信号线具有单端线不具备的优点：

1、抗干扰能力强。干扰噪声一般会等幅、反相的被加载到两根信号线上，而其差值为零，即噪声对信号的影响大大降低。

2、能有效抑制电磁干扰(EMI)。由于两根线靠得很近且信号幅值相等，这两根线与地线之间的耦合电磁场的幅值也相等，同时他们的信号极性相反，其电磁场将相互抵消，对外界的电磁干扰相应减小。

在射频电源产品中，往往需要输出千瓦级别的射频功率，但现有的固态器件的功率密度往往达不到这么高的功率，因此往往需要多路信号进行放大，并在射频电源的最终输出端进行功率合成，以达到所需功率。

传统的功率合成一般使用Wilkinson功分器，将两路或者多路信号最终合成单端信号在微带线上传输。其缺点在于采用了单端微带线，从而导致：

1）功率容量有限，不足以在合成功率较高的场景使用；

2）单端微带线的阻抗与其宽度成比例，宽度越宽，阻抗越小；为实现高阻抗，则微带线的宽度必须做窄，对加工和制作要求很高，且随着带线越来越窄，阻抗很难再提高；

3）对合路器的输入端信号的要求高，当输入信号幅度不一致或者具有相位差时，合成效率会降低，并在平衡电阻上消耗多余的功率。

双面平行带线（DSPSL）是一种用以传输差分信号的载体，其结构可参考图4，在厚为h，介电常数为的介质板，上下表面制作平行且正对一致的导电带线。其电场分布如图5所示，与微带线的电场分布很相似，因此DSPSL能很好的与微带线集成过渡。当信号传输时，DSPSL一层带线的电压为正，另一层带线的电压为负，根据镜像理论，介质板中间的电压为0，即介质板的中间平面相当于虚拟地将DSPSL分割成相同的背靠背的微带线。因此，在其他条件相同下，当DSPSL的厚度是微带线的两倍时（即当单层金属带的厚度与微带线的厚度相同时，DSPSL的两层金属带的总厚度相当于微带线厚度的两倍），它的阻抗也为微带线的两倍，其可传输的信号频带范围比微带线更宽（阻抗越大，则可传输的功率容量越大）。因此，若能够把DSPSL应用于功率合路器中，将可大大地提高功率容量、阻抗，并可提高抗干扰能力，降低对合路器的输入端信号的要求。