УСТРОЙСТВО РАДИАЛЬНОГО УСИЛЕНИЯ МОЩНОСТИ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ФАЗОВОГО РАЗБРОСА УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ Российский патент 2013 года по МПК H01P5/12 

Настоящее изобретение относится к области сверхвысокочастотных полупроводниковых усилителей и, в частности, систем радиального объединения мощности. Среди различных технологий объединений настоящее изобретение касается систем радиальных объединений мощности.

Поскольку с увеличением рабочей частоты выходная мощность полупроводниковых элементов снижается, необходимо объединять несколько элементарных полупроводниковых усилителей, чтобы достигать выходных мощностей, требуемых для некоторых применений, например, таких как излучатели телеметрических высокопроизводительных инструментов для спутников.

В настоящее время системы объединения мощности, используемые в области космонавтики, не приспособлены для реального объединения более 4 элементарных усилителей на миллиметровых частотах. Такое ограничение приводит иногда к необходимости разработки полупроводниковых компонентов, в которых приоритет отдается выходной мощности в ущерб КПД добавляемой мощности и критичности конструкций.

Кроме того, иногда эти объединения являются недостаточными и ограничительными для получения выходных мощностей усилителей SPPA, что значит “Solid State Power Amplifier” в англо-саксонской терминологии, необходимых для удовлетворения реальных потребностей областей применения.

Как правило, системы объединения мощности содержат делитель, усилитель и объединитель, позволяющие выдавать усиленный выходной сигнал на основе входного сигнала. Как правило, эти системы содержат переходы, позволяющие менять структуры распространения, такие как планарные структуры, чтобы перейти, например, к прямоугольному волноводу или к коаксиальному волноводу.

В настоящее время основные технологии объединений мощности подразделяются на первую категорию объединения мощности, называемую древовидной, вторую категорию объединения мощности, называемую пространственной, и третью категорию объединения мощности, называемую радиальной.

Планарные древовидные технологии соединения позволяют эффективно соединять два или четыре усилителя. Однако эти технологии не приспособлены для объединения большого числа усилителей, поскольку увеличение числа каскадов объединения и удлинение линий связи между сумматорами объединителя приводят к существенному ухудшению сигнала по причине потерь от объединения.

Чтобы свести к минимуму эти потери от объединения, вместо планарных линий распространения можно использовать металлические волноводы. В этом случае между объединителем и элементарными усилителями необходимо добавлять переходы, чтобы обеспечивать распространение сигналов между планарными линиями элементарных усилителей и металлическими волноводами объединителя. Добавление этих переходов и особенно размер используемых металлических волноводов приводит к значительному увеличению габаритов объединителя этого типа. Следовательно, его нельзя применять для соединения большого числа усилителей.

Древовидные объединения, такие как объединение, показанное на фиг. 1, как правило, содержат делитель 1, позволяющий разделить входной сигнал 5 между различными усилительными каналами 2. Различные усиленные сигналы, выходящие из усилительных каналов, могут распространяться и объединяться в различных каскадах бинарного сумматора в прямоугольном волноводе 4, 4', 4” через переход 3. После этого на выходе можно производить обработку усиленного и объединенного сигнала.

Технологии пространственного объединения, такие как решение, предложенное в патенте US5736908, отличаются тем, что устройство усиления содержит несколько усилительных каналов, как правило, в виде наложенных друг на друга дисков. Входной сигнал распределяется по усилительным каналам благодаря пространственному распределению энергии сигнала и опять объединяется на выходе после усиления согласно тому же вышеуказанному принципу. Эти технологии имеют несколько недостатков.

Первый недостаток связан с объединением многих усилителей при помощи такой технологии. В этом случае необходимо добавлять дополнительные устройства для обеспечения равномерного возбуждения и объединения всех усилительных каналов. Поскольку добавление этих дополнительных устройств приводит к потерям, в результате ухудшается эффективность объединения при помощи объединителя этого типа.

Вторым недостатком является трудность обеспечения эффективного удаления мощности, рассеиваемой в различных наложенных друг на друга усилительных каналах. В результате, при таком типе технологии объединения, когда объединяют многочисленные усилители, трудно соблюдать требования, выдвигаемые для применения в космической области и связанные с максимально допустимыми температурами соединения полупроводниковых компонентов.

Наконец, недостатком является относительная зависимость усилительных каналов, поскольку, если в одном из усилительных каналов появляется неисправность, она может существенно повлиять на общую работу устройства усиления.

Технологии радиального объединения, такие как решения, предложенные в патентах US4799145, US4641106 и US4931747, отличаются тем, что устройство усиления содержит несколько усилительных каналов, каждый из которых соединяют с концами двух радиальных волноводов, при этом концы находятся между делителем и объединителем, при этом два радиальных волновода накладывают друг на друга. Это объединение позволяет усиливать первый сигнал, поступающий от одного из доступов первого радиального волновода, и опять направлять его в один из доступов второго радиального волновода таким образом, чтобы он снова объединился с другими сигналами, поступающими от других доступов радиального волновода объединителя.

Эти технологии имеют много преимуществ, в частности, таких как уменьшение габаритов устройства усиления по сравнению с технологией объединения с древовидной структурой с прямоугольными волноводами. Кроме того, другим преимуществом является возможность улучшения контроля за снижением выходной мощности в результате неисправности одного или нескольких усилительных каналов за счет улучшения изоляции между усилительными каналами при помощи поглощающих материалов или рассеивающих средств, установленных на уровне стенок радиальных волноводов.

Кроме того, радиальные устройства усиления позволяют объединить несколько элементарных усилителей за один этап. В результате потери от объединения снижаются по сравнению с технологиями древовидного соединения.

С другой стороны, ограничение этих решений в настоящее время связано с тем, что не существует простой и эффективной системы для компенсации фазового разброса различных объединяемых усилительных каналов во время повторного объединения выходного сигнала. Этот недостаток приводит к необходимости сортировки усилительных каналов по фазе коэффициента передачи или к необходимости добавления фазорегуляторов на усилительных каналах для компенсации фазового разброса усилительных каналов. Это последнее решение является сложным в применении, громоздким, приводит к новым потерям и может потреблять дополнительную мощность.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Изобретением предлагается радиальное устройство усиления, содержащее средства регулировки положения усилительных каналов, чтобы корректировать фазовое смещение различных каналов, что позволяет объединять выходной сигнал по фазе.

Предпочтительно система радиального объединения мощности с компенсацией фазового разброса в области сверхвысоких частот содержит:

первый радиальный волновод, называемый радиальным делителем, имеющий вход в центре и множество выходов на периферии, при этом каждый из выходов является металлическим волноводом, при этом первый радиальный волновод позволяет разделить входной сигнал на несколько выходных сигналов;

второй радиальный волновод, называемый радиальным объединителем, наложенный на радиальный делитель и имеющий выход в центре и множество входов на периферии, при этом каждый из входов является металлическим волноводом, при этом второй радиальный волновод позволяет объединять множество входных сигналов в один выходной сигнал;

первый входной переход, излучающий первый сигнал в радиальный делитель;

второй выходной переход, улавливающий первый усиленный сигнал в направлении выхода радиального объединителя;

множество усилительных каналов, каждый из которых содержит:

третий входной переход, выполненный с возможностью взаимодействия с одним из металлических волноводов радиального делителя; и

четвертый выходной переход, выполненный с возможностью взаимодействия с одним из металлических волноводов радиального объединителя; и

по меньшей мере, один усилитель, неподвижно соединенный с третьим и четвертым переходами.

Предпочтительно система содержит средства (29) регулировки положения, по меньшей мере, одного усилительного канала в металлических волноводах.

Предпочтительно средства регулировки содержат набор вставок.

Предпочтительно каждый усилительный канал содержит средства фиксации, позволяющие зафиксировать каждый усилительный канал на объединителе и на делителе при помощи вставки.

Предпочтительно набор вставок способствует теплопередаче между усилительными каналами и радиальными волноводами.

Предпочтительно усилительные каналы покрыты оболочками, которые способствуют теплообменам между усилителями и наружной частью системы.

Предпочтительно металлические волноводы выходов делителя и входов объединителя выполнены прямыми для того, чтобы соединение усилительных каналов осуществлялось по радиальной оси.

Предпочтительно металлические волноводы выходов делителя и входов объединителя выполнены изогнутыми для того, чтобы соединение усилительных каналов осуществлялось перпендикулярно к радиальной оси.

Предпочтительно радиальный делитель и радиальный объединитель содержат поглощающие материалы или рассеивающие средства, обеспечивающие изоляцию между каналами.

Предпочтительно металлические волноводы на периферии двух радиальных волноводов являются прямоугольными волноводами.

Предпочтительно вход делителя и/или выход объединителя являются цилиндрическими волноводами.

Предпочтительно вход делителя и/или выход объединителя являются коаксиальными волноводами.

Предпочтительно, по меньшей мере, один переход содержит центральный сердечник, входящий в контакт с нижней частью радиального волновода.

Предпочтительно, по меньшей мере, один доступ коаксиального волновода, центрованного на радиальном волноводе, предназначен для приема коаксиального соединителя (28), центровочного кольца, центрального сердечника, и этот доступ частично продолжен в радиальном волноводе наружным проводником (101) в виде конуса, выполненным непосредственно в верхнем кожухе.

Предпочтительно переход между модой распространения в прямоугольном волноводе и модой распространения в микрополосковой линии содержит:

металлизацию, профиль которой выполнен в виде косинуса с нулевым наклоном на конце перехода со стороны прямоугольного волновода; и

подложку, вырезанную по профилю в виде косинуса металлизации, чтобы минимизировать коэффициент отражения перехода.

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - известное устройство усиления с древовидной структурой.

Фиг. 2А - вид радиального устройства усиления.

Фиг. 2В - вид радиального устройства усиления, содержащего набор вставок.

Фиг. 2С - вид изогнутого радиального устройства усиления, содержащего набор вставок.

Фиг. 3А - вид сверху радиального устройства усиления в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 3В - вид в разрезе радиального устройства усиления, показанного на фиг. 3А.

Фиг. 4А - первый вариант выполнения усилительного канала и средств регулировки положения.

Фиг. 4В - второй вариант выполнения усилительного канала и средств регулировки положения.

Фиг. 4С - третий вариант выполнения усилительного канала и средств регулировки положения.

Фиг. 5А - вид в разрезе примера перехода между коаксиальным волноводом и радиальным волноводом.

Фиг. 5В - вид в разрезе и вид сверху примера выполнения перехода между коаксиальным волноводом и радиальным волноводом.

Фиг. 6А и 6В - пример выполнения перехода между прямоугольным волноводом и микрополосковой линией.

Фиг. 6С - пример выполнения перехода, содержащего несколько контуров для реализации перехода между прямоугольным волноводом и микрополосковыми линиями.

В дальнейшем тексте описания под «переходом» следует понимать любое устройство, обеспечивающее прохождение электромагнитной волны из одной структуры распространения в другую с минимальными потерями передачи, например, из коаксиальной линии в радиальный волновод или из прямоугольного волновода в одну или несколько планарных линий типа микрополосковых, компланарной системы, щели или в любую другую подложку.

На фиг. 2А и 2В в виде блоков в разрезе показаны соответственно известное устройство усиления и устройство усиления в соответствии с настоящим изобретением.

Устройство содержит делитель, содержащий первый радиальный волновод 10, в который попадает входной сигнал через переход 11, при этом переход 11 обеспечивает распространение сигнала между доступом 28, например, типа коаксиального волновода, цилиндрического волновода или прямоугольного волновода, и радиальным волноводом 10.

В примере, показанном на фиг. 2В, делитель устройства усиления содержит радиальный волновод 10 с доступами в виде прямоугольных волноводов 16 на периферии. Разделенные сигналы распространяются в каждом из прямоугольных волноводов 16 и доходят до входных переходов усилительных каналов 15, вставленных или соединенных в зависимости от варианта выполнения с прямоугольными волноводами для фиксации в них. Усилительные каналы 15 позволяют улавливать сигналы, поступающие из прямоугольных волноводов 16, усиливать их при помощи усилителя 24 и передавать их в прямоугольные волноводы 16', чтобы сигналы опять объединились в объединителе 10'. Объединенные сигналы передаются наружу устройства через переход 11', обеспечивающий распространение сигнала между радиальным волноводом 10' и вторым доступом 28', например, типа коаксиального волновода, цилиндрического волновода или прямоугольного волновода.

Усилительные каналы 15 можно вставить или зафиксировать при помощи устройства фиксации на прямоугольных волноводах 16 и 16' в направлении 17, показанном на фиг. 3А.

Например, как показано на фиг. 2В, между усилительными каналами 15 и прямоугольными волноводами 16, 16' можно добавить вставки 29. Предпочтительно эти вставки имеют разную толщину в зависимости от каналов прямоугольных волноводов 16, 16' для адаптации к характерному смещению фазы каждого усилительного канала 15.

В другом варианте выполнения, показанном на фиг. 2С, прямоугольные волноводы 16, 16' можно выполнить изогнутыми, например, под углом 90° для того, чтобы направление соединения усилительных каналов 15 происходило по направлению осей переходов 11, 11'.

В дальнейшем усилительным каналом будет называться канал, содержащий, по меньшей мере, один переход передачи, переход приема и, по меньшей мере, один усилитель.

Кроме описанного варианта выполнения, изобретение применяется в целом для доступов в виде металлических волноводов на периферии радиального волновода.

На фиг. 3А показан вид сверху устройства в соответствии с настоящим изобретением, содержащего делитель, содержащий первый радиальный волновод 10, в который сигнал попадает, проходя через переход 11 (на этой фигуре не показан), обеспечивающий передачу сигнала, поступающего из доступа 28.

В примере, показанном на фиг. 3А, делитель устройства усиления содержит радиальный волновод 10 с доступами в виде прямоугольных волноводов 16 на периферии. В этом варианте выполнения устройство в соответствии с настоящим изобретением оборудовано восемью прямоугольными волноводами, расположенными симметрично на периферии радиального волновода 10. Разделенные сигналы распространяются в каждом из прямоугольных волноводов и попадают во входные переходы усилительных каналов 15, вставленных или соединенных с прямоугольными волноводами.

Устройство усиления в соответствии с настоящим изобретением позволяет расположить средства 20 регулировки положения каждого из переходов в прямоугольных волноводах 16. В варианте выполнения, показанном на фиг. 3А, эти средства 29 регулировки представляют собой наборы вставок, которые могут быть выполнены в виде адаптационных прямоугольных волноводов 29.

Предпочтительно часть 14, образующая угол на пересечении двух прямоугольных волноводов 16, позволяет сигналам полностью распределяться по различным доступам в виде металлических волноводов.

Устройство в соответствии с настоящим изобретением содержит объединитель, наложенный на делитель, содержащий радиальный волновод с доступами в виде металлических волноводов, но в верхней проекции на фиг. 3А он не показан.

На фиг. 3В в разрезе по плоскости сечения вдоль оси 21 показано устройство усиления, показанное на фиг. 3А. Это устройство содержит два наложенных друг на друга радиальных волновода 10, 10', которые взаимодействуют соответственно с прямоугольными волноводами 16 и 16', находящимися на периферии.

Переход 11 передает сигнал, поступающий от доступа 28, в радиальный волновод 10. Доступ 28 может быть цилиндрическим волноводом, коаксиальным волноводом или прямоугольным волноводом в зависимости от вариантов выполнения изобретения. Геометрия радиального волновода 10 и прямоугольных волноводов 16 позволяет распределить сигнал, передаваемый в каждый из прямоугольных волноводов 16.

Устройство содержит также усилительные каналы 15, которые вставлены или соединены и зафиксированы при помощи средств фиксации в зависимости от вариантов выполнения. Каждый из усилительных каналов 15 содержит переход 22 приема, обеспечивающий распространение сигнала от прямоугольного волновода в планарную линию распространения, например, типа микрополосковой. Кроме того, каждый усилительный канал 15 содержит, по меньшей мере, один усилитель 24 и переход 23 передачи усиленного сигнала. Так же, как и переход приема, переход 23 передачи может быть простым переходом от планарной линии распространения, например, типа микрополосковой, к прямоугольному волноводу.

Объединитель содержит радиальный волновод 10', который можно назвать радиальным объединителем, с доступами в виде прямоугольных волноводов на периферии. Радиальный волновод 10' принимает каждый сигнал, поступающий из каждого усилительного канала 15, который распространяется через прямоугольные волноводы 16'. Радиальный волновод 10' позволяет передавать объединенные выходные сигналы в доступ 28' через переход 11'.

Главным преимуществом решения в соответствии с настоящим изобретением является то, что оно позволяет корректировать фазы различных сигналов, поступающих из прямоугольных волноводов 16' и опять объединяющихся между собой в радиальном волноводе 10'. Эту коррекцию производят при помощи средств регулировки глубины захождения усилительных каналов 15 в прямоугольные волноводы 16 и 16'.

В варианте выполнения эти средства могут быть выполнены в виде упорных вставок 29, которые взаимодействуют с прямоугольными волноводами 16 и 16' и выполнены в виде адаптационного прямоугольного волновода, показанного на фиг. 4С.

Вставки можно выбирать в зависимости от фазового смещения усилительных каналов 15.

Другим преимуществом является возможность раздельного тестирования усилительных каналов в наложенных друг на друга прямоугольных волноводах, чтобы определить их характеристики до монтажа в устройстве усиления.

Измерение фазового смещения усилительных каналов позволяет определить положение каждого усилительного канала в прямоугольных волноводах 16, 16' таким образом, чтобы все усилительные каналы объединялись друг с другом по фазе.

Предпочтительно усилительный канал, а также средства 25 фиксации, показанные в виде упора на фиг. 3В, покрывают оболочкой 26.

Предпочтительно усилители 24 могут входить в контакт с оболочкой, чтобы способствовать теплообменам между усилителями и наружной частью системы.

В других вариантах выполнения устройство в соответствии с настоящим изобретением позволяет увеличить число объединяемых усилителей. При этом можно применять одновременно или независимо три решения.

Первое решение состоит в увеличении числа доступов в виде прямоугольных волноводов. Второе решение состоит в увеличении числа усилителей на усилительные каналы. Наконец, третье решение состоит в увеличении числа усилительных каналов, вставляемых в каждый прямоугольный волновод.

Устройство в соответствии с настоящим изобретением позволяет улучшить изоляцию между каналами объединителя и делителя предпочтительно за счет размещения в объединителе и делителе поглощающих материалов или рассеивающих средств, что описано в патенте US4263568. Это улучшение изоляции позволяет сделать усилительные каналы более независимыми.

Преимуществом устройства в соответствии с настоящим изобретением и, в частности, представленного выше варианта его выполнения является то, что оно характеризуется незначительным разбросом фаз пассивных частей, что оно приводит лишь к незначительным потерям от объединения и позволяет расширить диапазон применения, который может охватывать полосы сантиметровых частот и полосы миллиметровых частот.

Кроме того, преимуществом является то, что усилительные каналы можно легко демонтировать, что они могут одновременно содержать усилитель и переходы, и наконец, что они их можно легко характеризовать, в частности, собственным параметром фазового смещения усилительного канала.

Кроме того, компактность устройства позволяет получить узел с меньшими габаритами при сохранении эффективного управления температурными условиями.

На фиг. 4А, 4В и 4С показаны варианты выполнения, в частности, усилительного канала 15, позволяющие интегрировать усилитель 24 и реализовать переходы приема и передачи через металлические линии на подложке 50. Усилительные каналы 15 можно соединить с волноводами 16, 16', как показано на фиг. 4А и 4В, или вставлять в прямоугольные волноводы, как показано на фиг. 4С.

В этих вариантах выполнения наборы 29 вставок могут быть простыми упорными вставками, как показано на фиг. 4С, или адаптационными прямоугольными волноводами, показанными на фиг.4А.

В предпочтительном варианте выполнения эти наборы вставок обеспечивают эффективный теплообмен между усилительными каналами и доступами радиальных волноводов, чтобы рассеивать тепло на большой площади. Кроме того, расположение усилительных каналов на периферии структуры позволяет также предусмотреть удаление мощности, рассеиваемой периферией.

На фиг. 4А показан предпочтительный пример использования оболочки (26) для обеспечения теплообмена (30) между усилителем и наружной частью системы.

На фиг. 5А в разрезе показан пример перехода 11 между коаксиальным доступом 28, называемым также коаксиальным соединителем, и радиальным волноводом 10.

На фиг. 5В показан пример выполнения перехода, показанного на фиг. 5А.

Переход между коаксиальным доступом и радиальным волноводом состоит из двух металлических частей: верхнего кожуха 100 и нижнего кожуха 103, которые образуют радиальный волновод 10. Коаксиальный волновод, центрованный на радиальной структуре, частично продолжается в радиальном волноводе 10 наружным проводником 101 в виде конуса, выполненного непосредственно в верхнем кожухе 100. Выполненный таким образом коаксиальный волновод имеет такие же внутренние размеры, что и коаксиальный соединитель 28, зафиксированный на верхнем кожухе 100. Центральный сердечник 110 продолженного коаксиального соединителя выполнен в виде металлического стержня 112, заходящего, с одной стороны, в так называемую охватывающую часть 110 коаксиального соединителя 28 и, с другой стороны, в гнездо 102, предусмотренное в нижнем кожухе 103 радиального волновода 10. Диаметр металлического стержня 112 должен тоже быть таким же, что и диаметр сердечника 110 соединителя 28. Таким образом, во время перехода от соединителя 28 к коаксиальному волноводу, продолженному в радиальный волновод, размеры коаксиальной части не меняются. Это постоянство размеров позволяет обеспечивать оптимальные характеристики при адаптации перехода.

Точное положение сердечника в центре структуры обеспечивается, с одной стороны, гнездом 102 в нижнем кожухе 103 и, с другой стороны, диэлектрическим кольцом 111, установленным внутри конуса 101. Вместе с тем в случае, когда это кольцо состоит из диэлектрика, диэлектрическая проницаемость которого отличается от диэлектрической проницаемости воздуха, вакуума или материала, содержащегося в переходе, можно допустить перепады в диаметре наружного проводника и/или диаметре центрального сердечника коаксиального волновода, чтобы компенсировать эту разницу в диэлектрической проницаемости.

Сохранение вертикального давления на металлический стержень 112, называемый также сердечником, достаточного для введения в охватывающую часть 110 соединителя 28, можно обеспечить путем установки пружины или сжимаемого материала в отверстие 102 нижнего кожуха 103.

Этот переход, показанный на фиг. 5В, позволяет:

упростить механическую обработку центрального сердечника и повысить точность геометрических размеров, он позволяет также уменьшить рассогласование во время прохождения волны от соединителя в структуру;

получить хорошую адаптацию в широком частотном диапазоне, благодаря постепенной адаптации при помощи конуса 101, выполненного на верхнем кожухе 100;

ослабить требования, связанные с механической обработкой профиля сложной формы на наружном проводнике коаксиальной части, благодаря использованию конуса в виде прямой линии;

достичь идеальной симметрии вращения, благодаря различным системам позиционирования центрального сердечника и соединителя 110;

реализовать переход от коаксиального волновода к радиальному волноводу любой высоты за счет оптимизации двух геометрических размеров конуса, то есть его высоты и ширины основания;

получить хорошую стойкость к нагрузке устройства, поскольку центральный сердечник коаксиального волновода входит в контакт с дном структуры (нижний кожух 103).

Включение этого перехода в делитель и/или объединитель позволяет:

ослабить требования, связанные с механической обработкой, поскольку волноводы выполняют в нижнем кожухе 103, а конус 101 в верхней части 100;

при помощи перехода в виде малогабаритного конуса 101 реализовать адаптацию между коаксиальным волноводом и радиальным волноводом, высота которого соответствует высоте прямоугольных волноводов, присутствующих на периферии структуры.

Усилительные каналы устройства в соответствии с настоящим изобретением позволяют усиливать сигнал, улавливаемый переходами 22, и опять направлять его после усиления в прямоугольные волноводы 16 через переходы 23. Эти переходы имеют преимущественные характеристики в устройстве в соответствии с настоящим изобретением и могут быть выполнены, например, как показано на фиг. 6А и 6В.

Переход от прямоугольного волновода 16 к микрополосковой линии 64, показанный на фиг. 6А и 6В в разных ракурсах, состоит из контуров, выполненных внутри прямоугольного волновода и параллельно распространению электрического поля доминантной моды. Подложкой этой схемы является подложка 61 любой диэлектрической проницаемости, на которой с двух сторон гравировкой выполняют металлическую плоскость 60 и металлическую линию 63. Металлическую плоскость 60 выполняют в виде косинуса с нулевым наклоном на конце перехода 22 со стороны прямоугольного волновода 16. Высота косинуса соответствует высоте прямоугольного волновода 16, а его длину определяют путем оптимизации. Металлическую линию 63 выполняют на другой стороне тоже в виде косинуса. Длину этой последней части тоже определяют путем оптимизации. Параметры, в частности, «период» и «высота», используемые для разметки косинусов металлической плоскости 60 и металлической линии 63, являются одинаковыми. Сегмент 62, соединяющий микрополосковую линию 64 с верхней частью перехода 22, выполняют в виде прямой линии, но его можно также выполнять в виде дуги окружности, косинуса и т.д. Положение линии, а также геометрические значения этого сегмента 62 определяют путем оптимизации. Вырезание подложки 61 осуществляют согласно профилям в виде косинуса металлической линии и металлической плоскости 60 максимально близко к металлизации.

В случае варианта выполнения, содержащего несколько контуров, переходы можно расположить параллельно друг другу в прямоугольном волноводе для реализации перехода от волновода 16 к нескольким микрополосковым линиям.

На фиг. 6С показан случай перехода от трех микрополосковых линий к прямоугольному волноводу, состоящему из трех расположенных параллельно контуров 220, 221 и 222.

Этот тип перехода позволяет:

переходить непосредственно от моды распространения в прямоугольном волноводе к моде распространения микрополоскового типа;

свести к минимуму потери за счет устранения промежуточного перехода и уменьшить, таким образом, сложность выполнения;

получить уменьшенные габариты благодаря использованию профилей в виде косинуса на металлической линии и металлической плоскости с нулевым наклоном на конце перехода со стороны прямоугольного волновода;

получить широкую полосу пропускания, а также обеспечить хороший уровень адаптации;

получить очень низкий коэффициент отражения на входе структуры, если смотреть со стороны прямоугольного волновода, даже если в волноводе присутствуют несколько контуров.

Включение этой структуры в полный объединитель позволяет:

уменьшить его габариты;

максимизировать его характеристики.

Изобретение относится к области сверхвысокочастотных полупроводниковых усилителей. Система радиального объединения мощности, содержащая: радиальный делитель (10), содержащий доступы в виде прямоугольных волноводов (16) на периферии; радиальный объединитель (10'), наложенный на радиальный делитель и содержащий доступы в виде прямоугольных волноводов (16') на периферии; первый входной переход (11), передающий первый сигнал в центр радиального делителя (10); второй выходной переход (11'), улавливающий первый усиленный сигнал к выходу радиального объединителя (10'); по меньшей мере, два усилительных канала (15), каждый из которых содержит: третий входной переход (22), выполненный с возможностью взаимодействия с волноводами (16); четвертый выходной переход (23), выполненный с возможностью взаимодействия с волноводами (16'); и, по меньшей мере, один усилитель (24). Система в соответствии с настоящим изобретением содержит средства (29) регулировки положения усилительных каналов, позволяющие корректировать фазовое смещение различных каналов. Устройство позволяет исключить потребление дополнительной мощности. 13 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Система радиального объединения мощности с компенсацией фазового разброса в области сверхвысоких частот, содержащая: первый радиальный волновод (10), называемый радиальным делителем, имеющий вход в центре и множество выходов на периферии, при этом каждый из выходов является металлическим волноводом (16), при этом первый радиальный волновод (10) позволяет разделить входной сигнал на несколько выходных сигналов; второй радиальный волновод (10'), называемый радиальным объединителем, наложенный на радиальный делитель (10) и имеющий выход в центре и множество входов на периферии, при этом каждый из входов является металлическим волноводом (16), при этом второй радиальный волновод (10') позволяет объединять множество входных сигналов в один выходной сигнал; первый входной переход (11), передающий первый сигнал в радиальный делитель (10); второй выходной переход (11'), улавливающий первый усиленный сигнал к выходу радиального объединителя; множество усилительных каналов (15), каждый из которых содержит: третий входной переход (22), выполненный с возможностью взаимодействия с одним из металлических волноводов (16) радиального делителя (10); и
четвертый выходной переход (23), выполненный с возможностью взаимодействия с одним из металлических волноводов (16') радиального объединителя (10'); и по меньшей мере, один усилитель (24), неподвижно соединенный с третьим и четвертым переходами (22, 23), отличающаяся тем, что эта система содержит средства (29) регулировки положения, по меньшей мере, одного усилительного канала (15) в металлических волноводах (16, 16').

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что средства (29) регулировки содержат набор вставок.

3. Система по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что каждый усилительный канал содержит средства (25) фиксации, позволяющие фиксировать каждый усилительный канал (15) на объединителе и на делителе при помощи вставки (29).

4. Система по п.2, отличающаяся тем, что набор вставок способствует теплопередаче между усилительными каналами и радиальными волноводами.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что усилительные каналы покрыты оболочками (26), которые способствуют теплообменам между усилителями и наружной частью системы.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что металлические волноводы выходов делителя и входов объединителя выполнены прямыми для того, чтобы соединение усилительных каналов осуществлялось по радиальной оси.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что металлические волноводы выходов делителя и входов объединителя выполнены изогнутыми для того, чтобы соединение усилительных каналов осуществлялось перпендикулярно к радиальной оси.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что радиальный делитель и радиальный объединитель содержат поглощающие материалы или рассеивающие средства, обеспечивающие изоляцию между каналами.

9. Система по п.1, отличающаяся тем, что металлические волноводы (16, 16') на периферии двух радиальных волноводов (10, 10') являются прямоугольными волноводами.

10. Система по п.1, отличающаяся тем, что вход делителя (28) и/или выход объединителя (28') являются цилиндрическими волноводами.

11. Система по п.1, отличающаяся тем, что вход делителя (28) и/или выход объединителя (28') являются коаксиальными волноводами.

12. Система по п.11, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один переход (11, 11') содержит центральный сердечник (112), входящий в контакт с нижней частью (103) радиального волновода (10, 10').

13. Система по п.12, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один доступ коаксиального волновода, центрованного на радиальном волноводе, предназначен для приема коаксиального соединителя (28), центровочного кольца (111), центрального сердечника (112), и тем, что этот доступ частично продолжен в радиальном волноводе (10, 10') наружным проводником (101) в виде конуса, выполненным непосредственно в верхнем кожухе (100).

14. Система по п.9, отличающаяся тем, что переход (22, 23) между модой распространения в прямоугольном волноводе (16) и модой распространения в микрополосковой линии (63) содержит:
металлизацию (63), профиль которой выполнен в виде косинуса с нулевым наклоном на конце перехода со стороны прямоугольного волновода; и
подложку (61), вырезанную по профилю в виде косинуса металлизации, чтобы минимизировать коэффициент отражения перехода.