МАЛОГАБАРИТНОЕ УСТРОЙСТВО УСИЛЕНИЯ МОЩНОСТИ Российский патент 2015 года по МПК H01P5/12 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение касается малогабаритного устройства усиления мощности. Изобретение может быть использовано в области сверхвысокочастотных полупроводниковых усилителей и, в частности, в системах суммирования мощности, в частности, в активных антеннах.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Понижение выходной мощности полупроводниковых элементов при повышении рабочей частоты устройств усиления приводит к необходимости объединения нескольких элементарных полупроводниковых усилителей, чтобы получить выходную мощность, необходимую для некоторых приложений в области сверхвысоких частот. В частности, для активной антенны в полосе Ку, чтобы получить достаточный уровень мощности, часто необходимо скомбинировать несколько усилительных модулей в ячейке антенны, размеры которой составляют порядка нескольких сантиметров.

Современные системы суммирования мощности, основанные на архитектурах линий или ветвящихся или радиальных волноводов, не позволяют эффективно комбинировать элементарные усилители в ограниченной среде с выходным интерфейсом в виде прямоугольного волновода, выполненным с возможностью взаимодействия с устройствами на выходе.

В древовидной структуре, объединяющей несколько усилителей, усилители расположены параллельно друг другу и выровнены по одной оси. Входные и выходные волноводы усилителей, делитель и сумматор тоже выровнены по этой же оси. В полосе Ку и в технологии прямоугольных волноводов ширина такого устройства усиления в основном обусловлена большим размером прямоугольных волноводов соединителя. Таким образом, если учитывать только значение внутреннего размера по поперечному сечению прямоугольного волновода, нормированного по полосе Ку, равное 1,9 см, ширина устройства усиления, содержащего, например, восемь усилителей, будет, как минимум, в восемь раз больше, то есть больше 15 см. Поскольку эта ширина намного превышает допустимые размерные условия приложения, связанного с активной антенной в полосе Ку, эта технология не подходит для этого типа приложения. Для приложений, работающих на более высоких частотах, размер прямоугольных волноводов уменьшается, и ширина устройства усиления больше не зависит от сумматора, а зависит от ширины элементарных усилителей, от емкостей развязки и от поляризационных доступов этих усилителей. Таким образом, эта ширина тоже является слишком большой относительно ячейки активной антенны.

Технология пространственного комбинирования, раскрытая в патенте US 5736908, использует несколько усилительных модулей, расположенных на площадках, находящихся друг над другом в прямоугольном волноводе. Входной сигнал, генерируемый единственным источником, распределяется на усилительные модули, благодаря пространственному распределению энергии сигнала, и опять объединяется на выходе после усиления по такому же принципу. Это решение позволяет осуществить на одном этапе, с одной стороны, объединение сигналов и, с другой стороны, переходы между линиями, выполненными по планарной технологии, и выходным интерфейсом в виде прямоугольного волновода. Благодаря этим характеристикам, оно позволяет свести к минимуму потери при объединении и габариты структуры. Однако эта технология комбинирования, охарактеризованная в известном источнике, имеет свои недостатки и ограничения.

Действительно, число площадок, расположенных друг над другом в прямоугольном волноводе, и число усилителей, объединенных на этой площадке, уменьшается с уменьшением размера прямоугольного волновода, которого требует повышение рабочей частоты.

Для высокочастотных приложений, например, в полосе Ку стандартный размер прямоугольных волноводов много меньше, чем размер усилительных модулей, что требует наличия длинных линий передачи для соединения усилительных модулей с переходами пространственного делителя, возбуждаемого одним источником, и с переходами пространственного сумматора. Эти линии связи характеризуются большими потерями, и эффективность деления и суммирования снижается. Казалось бы, структура с четырьмя площадками наиболее подходит с точки зрения компактности для объединения восьми элементарных усилителей в случае активной антенны в полосе Ку. Однако в этой конфигурации этот тип архитектуры характеризуется плохим управлением теплообменом для площадок, расположенных в центре структуры, недостаточной изоляцией между объединенными усилителями, что в некоторых случаях может привести к нестабильности устройства усиления.

В документе WO 2006/0967771 описана другая технология пространственного комбинирования, в которой оси усилителей расположены в направлении, перпендикулярном к входным и выходным волноводам, однако для высокочастотных приложений, например, в полосе Ку, длинные входные линии передачи характеризуются потерями при делении.

Задачей настоящего изобретения является создание малогабаритного устройства усиления, лишенного недостатков существующих устройств и позволяющего комбинировать, в частности, большое число усилителей в ячейке активной антенны в полосе Ку размерами порядка нескольких сантиметров при высокой эффективности суммирования и с меньшими потерями при делении.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

В этой связи, объектом изобретения является малогабаритное устройство усиления, содержащее, по меньшей мере, одну площадку, параллельную плоскости XY, и, по меньшей мере, два усилительных модуля, установленных на площадке, при этом каждый усилительный модель содержит усилительный элемент, входной соединительный волновод и выходной соединительный волновод, ориентированные в одинаковом направлении Х, соответствующем продольному направлению распространения, при этом усилительный элемент имеет входную и выходную ось, ориентированную в направлении Y, перпендикулярном к направлению распространения Х, характеризующееся тем, что входные соединительные волноводы двух усилительных модулей являются различными, имеют разные длины и установлены параллельно друг другу, выходные соединительные волноводы двух усилительных модулей являются различными, имеют разные длины и установлены параллельно друг другу, при этом сумма длин входных и выходных волноводов одного усилительного модуля является одинаковой для каждого усилительного модуля, усилительные модули установлены параллельно, по меньшей мере, в одном ряду, перед входными волноводами усилительных элементов ряда находится делитель мощности, и выходные волноводы усилительных элементов ряда соединены с выходным сумматором мощности таким образом, чтобы сигналы, передаваемые через выходной соединительный волновод (13а, 13b) в сумматор (16) мощности были синфазны.

Предпочтительно входные волноводы, соответственно, выходные волноводы усилительных элементов ряда, примыкают друг к другу, и усилительные элементы ряда смещены относительно друг друга в двух перпендикулярных направлениях Х и Y.

Предпочтительно входной делитель и/или выходной сумматор могут содержать резистивную перегородку, продолжающую стенки, разделяющие соединительные волноводы.

Предпочтительно устройство усиления дополнительно содержит входной переход, расположенный между каждым входным соединительным волноводом и соответствующим усилительным элементом, и выходной переход, расположенный между каждым выходным соединительным волноводом и соответствующим усилительным элементом.

Согласно варианту выполнения, устройство усиления содержит два отдельных ряда усиления, при этом каждый ряд усиления содержит одинаковое число усилительных модулей, при этом усилительные модули первого ряда установлены симметрично относительно усилительных модулей второго ряда по обе стороны от оси симметрии, параллельной направлению распространения.

Предпочтительно каждый усилительный модуль первого ряда содержит усилительный элемент с входной и выходной осью, ориентированной в направлении Y и выровненной соответственно с входной и выходной осью усилительного элемента усилительного модуля второго ряда.

Предпочтительно выходные соединительные волноводы усилительных элементов всех усилительных модулей двух рядов являются различными, примыкают друг к другу и соединены с выходным сумматором мощности, общим для всех выходных соединительных волноводов.

Предпочтительно устройство усиления дополнительно содержит первый входной делитель мощности с двумя выходами, соединенными соответственно с двумя рядами усиления через два перехода, и каждый ряд усиления содержит второй делитель мощности с выходами, соединенными соответственно с каждым входным соединительным волноводом соответствующих усилительных модулей. Первый делитель мощности может содержать вход типа микроленты.

Согласно варианту выполнения, устройство усиления содержит, по меньшей мере, два усилительных модуля, расположенных друг над другом, при этом оба усилительных модуля расположены, по меньшей мере, на двух отдельных площадках, расположенных друг над другом и содержащих одинаковое число усилительных модулей, и оба расположенных друг над другом усилительных модуля имеют общий входной волновод и общий выходной волновод.

Предпочтительно элементы переходов выбирают из ребристых линий, или из плунжеров, содержащих металлизированную линию, выполненную на подложке, или из механических плунжеров, использующих стеклянную бусину.

Предпочтительно входные и выходные соединительные волноводы являются металлическими волноводами прямоугольного сечения. Кроме того, делитель мощности и сумматор мощности могут тоже быть металлическими волноводами прямоугольного сечения.

Предпочтительно каждый входной соединительный волновод оборудован элементом регулировки фазы.

Предпочтительно устройство усиления содержит оптоэлектронное устройство питания, подключенное на входе устройства усиления через оптическое волокно и переход.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает схему первого примера усилительного модуля в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.2 изображает схему первого примера устройства усиления, содержащего два усилительных модуля, объединенных на площадке и в ряду, в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.3а-3е изображают две схемы и три вида в продольном и поперечном разрезах по плоскости сечения I-I и плоскости сечения J-J второго примера устройства усиления, содержащего четыре усилительных модуля, объединенных на площадке и в ряду, в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.4а и 4b изображают два вида в поперечном разрезе по плоскости сечения I-I и плоскости сечения J-J устройства усиления, содержащего два ряда усилительных модулей, размещенных на двух расположенных друг над другом площадках, согласно варианту выполнения изобретения;

Фиг.5а и 5b изображают две схемы третьего и четвертого примеров устройств усиления, содержащих несколько усилительных модулей, объединенных в двух рядах одной площадки, согласно варианту выполнения изобретения;

Фиг.6 изображает вид в продольном разрезе варианта выполнения изобретения, содержащего ряд из двух усилительных модулей, объединенных на одной площадке, в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.7а, 7b и 7с изображают схематичный детальный вид примера перегородки и два схематичных детальных вида двух примеров сумматоров типа перегородки, соответственно одноступенчатой и двухступенчатой, в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.8а-8d изображают четыре схематичных вида в разрезе примеров переходов в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.9 изображает схематичный пример устройства питания устройства усиления в соответствии с настоящим изобретением.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Усилительный модуль, показанный на Фиг.1, содержит усилительный элемент 11, входной соединительный волновод 12, выходной соединительный волновод 13, входной переход 14, обеспечивающий переход между входным волноводом и усилительным модулем, выходной переход 15, обеспечивающий переход между выходным волноводом и усилительным модулем. Входные и выходные волноводы 12, 13 ориентированы в одном направлении Х, соответствующем продольному направлению распространения, и имеют поперечное сечение, которое может быть, например, прямоугольным. Усилительный элемент 11 имеет входную и выходную ось 18, ориентированную в направлении Y, перпендикулярном к продольному направлению распространения. Входной 14 и выходной 15 переходы перпендикулярны к продольному направлению распространения Х и обеспечивают электрическое согласование между усилительным элементом 11 и входным 12 и выходным 13 прямоугольными волноводами.

На Фиг.2 показана схема первого примера устройства усиления в соответствии с настоящим изобретением, содержащего два усилительных модуля, образующих два усилительных канала. Оба усилительных модуля 41а, 41b установлены параллельно на одной площадке XY и в одном ряду 41 таким образом, чтобы оба входных волновода 12а, 12b, соответственно оба выходных волновода 13а, 13b двух усилительных элементов 11а, 11b примыкали друг к другу, не были выровнены по одной оси, а были смещены относительно друг друга в двух перпендикулярных направлениях Х и Y. Усилительные элементы 11а, 11b имеют отдельные входные волноводы и отдельные выходные волноводы, с которыми они соответственно соединены через входные переходы 14а, 14b и выходные переходы 15a, 15b, и соответственно входную и выходную ось 18a, 18b, ориентированную в направлении Y, перпендикулярном к направлению распространения Х. Оба входных волновода 12а, 12b, соответственно оба выходных волновода 13a, 13b двух усилительных элементов 11a, 11b имеют разные длины La1, L12, соответственно Lb1, Lb2 вдоль продольной оси распространения Х, но сумма длин входных и выходных волноводов одного усилительного модуля является одинаковой для всех усилительных модулей:

La1+La2=Lb1+Lb2

Перед обоими входными волноводами 12a, 12b двух усилительных элементов 11a, 11b находится делитель 16 мощности, позволяющий разделить входной сверхвысокочастотный сигнал, например, в полосе 10,5 Гц и 14 Гц, на две составляющие, распространяющиеся в двух входных соединительных волноводах 12a, 12b, и два выходных волновода 13a, 13b двух усилительных элементов 11a, 11b соединены с сумматором 17 мощности, позволяющим опять объединить выходные сверхвысокочастотные сигналы, усиленные каждым усилительным элементом. Каждый усилительный элемент содержит поляризационную схему с емкостями 10 развязки, как показано, например, на Фиг.3с, где представлены четыре усилительных модуля, объединенных в одном ряду и образующих четыре усилительных канала.

Делитель 16 мощности выполнен по технологии металлических волноводов и состоит из одного входа и двух выходов в виде прямоугольных волноводов. Делитель может быть делителем с перегородкой (septum divider). В делителе этого типа, как правило, два выходных волновода разделены в месте деления тонкой стенкой, образующей “перегородку”, которая может быть металлической или резистивной. Сумматор 17 мощности тоже выполнен по технологии металлических волноводов и состоит из двух входов и одного выхода в виде прямоугольных волноводов и может быть сумматором типа “septum combiner”. Делитель 16 и сумматор 17 типа “septum divider” и “septum combiner” могут делить и объединять сверхвысокочастотные сигналы в ограниченном пространстве с малыми потерями. Сумма длин входных 12a, 12b и выходных 13a, 13b волноводов является одинаковой для двух усилительных модулей 14a, 14b, при этом сигналы на входе сумматора совпадают по фазе, и объединение сигналов, усиленных двумя усилительными каналами, происходит синфазно без добавления фазосдвигающего устройства. Число объединяемых таким образом усилительных модулей не ограничивается двумя.

Как показано в разных плоскостях разреза на различных схемах Фиг.3а-3е, где представлены четыре усилительных модуля, объединенных в один ряд и образующих четыре усилительных канала, можно объединить большое число усилительных модулей, содержащих усилительные элементы, смещенные относительно друг друга в двух перпендикулярных направлениях Х и Y, при этом входные и соответственно выходные волноводы различных усилительных элементов примыкают друг к другу и имеют разные входные и выходные длины, при которых сумма длин входных и выходных волноводов является одинаковой для всех усилительных модулей. Таким образом, на каждом усилительном канале электрический путь, соответствующий входному волноводу, отличается от электрического пути, соответствующего выходному волноводу, но для всех каналов сумма электрических путей, соответствующих входным и выходным волноводам одного канала, является одинаковой, что позволяет иметь на выходе одинаковую фазу для всех сигналов и объединять сверхвысокочастотные сигналы синфазно без добавления фазосдвигающего устройства.

В варианте выполнения на Фиг.3b показано устройство усиления, содержащее двухкаскадные входной делитель 16 и выходной сумматор 17. В этом варианте выполнения входной сигнал делят в два этапа. На первом этапе сигнал распределяется между двумя промежуточными прямоугольными волноводами 31, 32, затем на втором этапе каждый из сигналов, распространяющихся в двух промежуточных прямоугольных волноводах 31, 32, опять делится на два, и они распределяются в четырех входных соединительных волноводах 12 четырех усилительных элементов 11. На уровне выходного сумматора 17 четыре сигнала, усиленные четырьмя усилительными каналами, объединяются попарно по фазе в два этапа. На первом этапе четыре выходных сигнала, распространяющихся в четырех выходных соединительных волноводах 13 усилителей 11, объединяются по фазе в двух промежуточных выходных прямоугольных волноводах 33, 34, затем на втором этапе каждый из сигналов, распространяющихся в двух промежуточных прямоугольных волноводах 33, 34, опять объединяются по фазе в выходном волноводе сумматора 17.

Согласно первому варианту выполнения изобретения, показанные на Фиг.3а усилительные модули можно сгруппировать попарно, при этом модули каждой пары расположены на двух отдельных площадках 21, 22, находящихся друг над другом, как показано в поперечном разрезе по плоскости сечения I-I и по плоскости сечения J-J на Фиг.4а и 4b. В этом случае каждая пара содержит два расположенных друг над другом усилительных модуля 23, 24, которые имеют общий входной соединительный волновод и общий выходной соединительный волновод. Таким образом, один и тот же входной соединительный волновод возбуждает два элементарных усилителя через два входных перехода. На выходе два элементарных усилителя соответственно подключены к одному выходному соединительному волноводу через два выходных перехода. Установка двух площадок друг против друга позволяет удалять тепловой поток наружу. Точно так же можно сгруппировать число усилительных модулей более двух, при этом сгруппированные модули располагают на отдельных площадках, расположенных друг над другом.

Третий пример, схематично представленный на Фиг.5а, показывает устройство усиления, содержащее четыре усилительных модуля объединенных на одной площадке, согласно второму варианту выполнения изобретения.

Четыре усилительных модуля объединены по два в двух отдельных рядах 41, 42 усиления, параллельных оси распространения, при этом каждый ряд усиления содержит одинаковое число усилительных каналов, например два канала, как показано на Фиг.5а, при этом каждый канал содержит один усилительный модуль. Устройство усиления содержит первый входной делитель 40 мощности планарного типа, доступ к которому обеспечен входом типа микроленты и который позволяет разделить входной сверхвысокочастотный сигнал 1 на две составляющих для освещения двух входных прямоугольных волноводов, соответственно соединенных с одним из двух рядов усиления через два перехода 43, 44. В альтернативном варианте делитель 40 мощности может быть перегородкой-делителем. В каждом ряду 41, 42 усиления перед двумя усилительными каналами находится второй делитель 16а, 16b мощности, содержащий два выхода, соответственно соединенные с каждым входным соединительным волноводом 12 соответствующих усилительных модулей 41а, 41b, 42a, 42b. Второй делитель 16а, 16b мощности, например типа перегородки-делителя, позволяет повторно разделить составляющую сверхвысокочастотного сигнала, выходящую из одного из двух переходов 43, 44, на две новые составляющие, соответственно распространяющиеся в двух входных соединительных волноводах 12 двух соответствующих усилительных каналов. Два усилительных модуля 41а, 41b двух усилительных каналов первого ряда 41 установлены симметрично относительно двух усилительных модулей 42а, 42b второго ряда 42 по обе стороны от оси 45 симметрии, параллельной направлению распространения Х. Каждый усилительный модуль 41а, 41b первого ряда 41 содержит усилительный элемент 11а, 11b с входной и выходной осью 18а, 18b, ориентированной в направлении Y и выровненной соответственно с входной и выходной осью 20а, 20b усилительного элемента 19а, 19b усилительного модуля 42а, 42b второго ряда 42. Выходные соединительные волноводы 13 всех усилительных элементов двух рядов выполнены отдельно и примыкают друг к другу, обеспечивая объединение по фазе всех сигналов на выходе выходного сумматора 17 мощности, общего для всех выходных волноводов двух рядов 41, 42.

Сигналы распространяются в соединительных прямоугольных волноводах 12 из выходных переходов 43, 44 входного делителя 40 и после деления во втором делителе 16а, 16b каждого ряда 41, 42 проходят во входные переходные элементы 14 усилительных модулей 41а, 41b, 42а, 42b. После усиления сигналы распространяются в выходных соединительных волноводах до сумматора 17 мощности, где они объединяются синфазно.

Число усилительных модулей в каждом ряду не ограничивается двумя. Как показано на Фиг.5b, где представлена комбинация из четырех усилительных модулей 41i, 42i в каждом ряду 41, 42, в каждом ряду можно объединить большое число усилительных модулей.

В варианте выполнения, показанном на Фиг.6, устройство усиления содержит адаптационные участки 55 волноводов, расположенные во входных и выходных соединительных волноводах непосредственно на входе и на выходе каждого усилительного элемента. Кроме того, входной делитель 16 и сумматор 17, каждый, содержат резистивную перегородку, продолжающую на входе и на выходе металлические стенки 48, разделяющие соединительные прямоугольные волноводы. Как показано, например, на Фиг.7а, каждая перегородка содержит, по меньшей мере, одну стенку 51, содержащую резистивную поверхность, которая обеспечивает изоляцию между усилительными модулями, чтобы повысить электрическую стабильность устройства усиления и упростить регулировку его фазы, так как оно позволяет регулировать каждый усилительный модуль отдельно от других модулей. Резистивная поверхность может представлять собой резистивную пленку, расположенную в плоскости симметрии между двумя идентичными подложками 46, 47, например, из керамики, такой как глинозем или нитрид алюминия. Как показано на фиг.7b, в одноступенчатой перегородке все резистивные поверхности стенок 51 расположены на одинаковом расстоянии от входа 50 сумматора или делителя.

В альтернативном варианте для устройства усиления, содержащего более двух усилительных модулей в одном ряду, как в примере, показанном на Фиг.3b, можно использовать перегородку, содержащую несколько ступеней, например две ступени, как в объединителе, показанном на Фиг.7с, содержащем первые стенки 52, оснащенные резистивными пленками, расположенными на заранее определенном расстоянии от входа 50 сумматора, и другие стенки 53, оснащенные резистивными пленками, расположенными со смещением и с отступом относительно резистивных пленок первых стенок 52. Делитель, содержащий перегородку, имеет аналогичную конфигурацию только с обратным расположением входа и выхода по сравнению с сумматором. Двухступенчатая перегородка делителя 16 осуществляет деление входного сигнала в два последовательных этапа, позволяющих получить четыре составляющие сигнала, при этом каждая составляющая направляется в один из четырех входных соединительных волноводов четырех усилительных модулей: первое деление сигнала на две составляющие происходит при помощи первой стенки 52 первой ступени перегородки, затем происходит второе деление каждой из составляющих на две другие составляющие при помощи двух других стенок 53 второй ступени перегородки. В выходных волноводах 13 сумматор 17 тоже содержит двухступенчатую перегородку, позволяющую объединять сигналы в два последовательных этапа при помощи стенок 53, 52 перегородки. Число стенок перегородки делителя и сумматора не ограничено тремя, как в показанных вариантах выполнения, и может быть адаптировано в зависимости от числа составляющих сигнала, необходимых для различных усилительных каналов устройства усиления.

Регулировку фазы можно осуществлять при помощи элементов 54 регулировки фазы, установленных в каждом из входных соединительных волноводов 12 для управления относительной фазой между сигналами, распространяющимися в соединительных волноводах 12, таким образом, чтобы обеспечивать объединение по фазе этих сигналов в выходном волноводе после усиления усилительными модулями. Эта функциональная возможность позволяет минимизировать потери при объединении за счет исключения потерь от разбалансировки фазы объединяемых сигналов, связанной с производственными допусками. Элементы 54 регулировки фазы могут быть выполнены, например, в виде диэлектрических элементов разной формы. В альтернативном варианте элементы фазового смещения могут быть фазовращателями с диэлектрическими пластинками или круглыми стержнями, регулируемыми при помощи микрометрических винтов. Глубины захождения этих диэлектрических элементов в соединительные волноводы 12 позволяют воздействовать на фазы сигналов, распространяющихся в соединительных волноводах 12.

Входные и/или выходные переходы можно, например, выполнить с использованием ребристой линии 60, оснащенной щелью 61, связанной с микроленточной линией 62, как показано на Фиг.8а. Сигнал, распространяющийся во входном соединительном волноводе, улавливается антенной 64 Вивальди, выполненной на нижней стороне подложки 63. Металлизированные края на нижней стороне подложки 63 показаны пунктирными линиями. На выходе антенны Вивальди антенный шлейф λ/4 в виде разомкнутой цепи 65 и металлизированное отверстие 66, соединяющие две металлизированные стороны подложки, позволяют переходить от щелевой моды к микроленточной моде, распространяющейся в микроленточной линии 62.

В альтернативном варианте, как показано на Фиг.8b, переходы можно выполнять, используя плунжер 70, содержащий металлизированную линию 67, выполненную на подложке 68, или, как показано на Фиг.8с, используя механический плунжер 75 со стеклянной бусиной 69, при этом цилиндр 71, продолжающий сердечник стеклянной бусины, и диэлектрик 72 позволяют адаптировать переход.

В альтернативном варианте можно комбинировать на входе и на выходе два разных типа переходов. Например, как показано на фиг.8d, можно использовать входной переход, содержащий ребристую линию 60, и выходной переход, содержащий плунжер 70, установленный на подложке. На этой фигуре вход 73 и выход 74 усилительного элемента не находятся на одной оси.

На Фиг.9 показан пример устройства питания, которое можно применять на входе малогабаритного устройства усиления мощности. Устройство питания содержит оптоэлектронное устройство 80, например, типа фотодиода с усилителем, принимающее через оптическое волокно 81 световой сигнал, модулируемый предназначенным для усиления радиочастотным сигналом. После детектирования фотодиодным устройством, радиочастотный сигнал передается на вход делителя мощности через переход 82.

Предложенное в настоящей заявке решение позволяет комбинировать большое число усилительных модулей, например, восемь усилителей на одном или нескольких рядах или на одной или нескольких площадках в ячейке антенны размером порядка шести сантиметров и характеризуется:

- очень низкими потерями в делителе и сумматоре, чтобы не снижать производительность устройства по добавляемой мощности;

- выходом в виде прямоугольного волновода, чтобы обеспечивать его непосредственную совместимость с интерфейсом схем, находящихся на выходе;

- входом по планарной технологии, обеспечивающим лучшую совместимость со схемами, находящимися на входе;

- достаточным пространством вокруг усилителей, чтобы можно было разместить емкости развязки, необходимые для электрической стабильности усилителя;

- очень хорошим управлением теплообменом для соблюдения пространственных условий по температурам соединения полупроводников;

- малыми габаритами, позволяющими свести к минимуму вес устройства;

- легкостью сборки, что позволяет реализовать решение с низкой стоимостью;

- возможной совместимостью с системами передачи радиочастотных сигналов по оптическому волокну.

Настоящее изобретение было описано на примере частных вариантов выполнения, но, разумеется, оно не ограничивается этими вариантами и охватывает все технические эквиваленты описанных средств, а также их комбинации, если они не выходят за рамки изобретения.

Изобретение относится к малогабаритному устройству усиления мощности. Технический результат состоит в эффективном комбинировании элементарных усилителей в ячейке активной антенны. Для этого малогабаритное устройство усиления, содержащее, по меньшей мере, одну площадку, параллельную плоскости XY, и, по меньшей мере, два усилительных модуля (41а, 41b), установленных на площадке, при этом каждый усилительный модуль (41а, 41b) содержит усилительный элемент (11а, 11b), входной соединительный волновод (12а, 12b) и выходной соединительный волновод (13а, 13b), ориентированные в одинаковом направлении Х, соответствующем продольному направлению распространения, при этом усилительный элемент (11а, 11b) имеет входную и выходную ось (18а, 18b), ориентированную в направлении Y, перпендикулярном к направлению распространения Х. Устройство характеризуется тем, что входные соединительные волноводы (12а, 12b) двух усилительных модулей (41а, 41b) являются различными, имеют разные длины (La1, Lb1) и установлены параллельно друг другу, выходные соединительные волноводы (13а, 13b) двух усилительных модулей (41а, 41b) являются различными, имеют разные длины (La2, Lb2) и установлены параллельно друг другу, при этом сумма длин (La1+La2, Lb1+Lb2) входных и выходных волноводов одного усилительного модуля является одинаковой для каждого усилительного модуля: La1+La2=Lb1+Lb2. 11 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Малогабаритное устройство усиления, содержащее, по меньшей мере, одну площадку, параллельную плоскости XY, и N усилительных модуля (41а, 41b), установленных на площадке, причем N превышает 1, при этом каждый усилительный модуль (41а, 41b) содержит по порядку подключения входной соединительный волновод (12а, 12b), входной переход (14а, 14b), усилительный элемент (11а, 11b), выходной переход (15а, 15b) и выходной соединительный волновод (13а, 13b), при этом входной соединительный волновод (12а, 12b) и выходной соединительный волновод (13а, 13b) ориентированы в одинаковом направлении X, соответствующем продольному направлению распространения, при этом усилительный элемент (11а, 11b) имеет входную и выходную ось (18а, 18b), ориентированную в направлении Y, перпендикулярном к направлению распространения X,
отличающееся тем, что входные соединительные волноводы (12а, 12b) и выходные соединительные волноводы (13а, 13b) выполнены с металлическими стенками, и тем, что устройство усиления дополнительно содержит входной делитель (16) мощности и выходной сумматор (17) мощности, каждый из входного делителя (16) мощности и выходного сумматора (17) содержит, по меньшей мере, одну резистивную перегородку (51), и тем, что перегородка делителя мощности и сумматора мощности продолжает металлические стенки (48), разделяющие N входных и выходных соединительных волноводов (12а, 12b, 13а, 13b) усилительных элементов (11а, 11b), причем сумма длин входных и выходных волноводов каждого усилительного модуля является одинаковой для N усилительных модулей.

2. Устройство усиления по п.1, отличающееся тем, что усилительные элементы (11а, 11b) установлены параллельно, по меньшей мере, в одном ряду (41) и смещены относительно друг друга в двух перпендикулярных направлениях Х и Y, и тем, что входные волноводы (12а, 12b), соответственно, выходные волноводы (13а, 13b) усилительных элементов (11а, 11b) ряда (41) примыкают друг к другу.

3. Устройство усиления по п.1 или 2, отличающееся тем, что входной и выходной соединительные волноводы (12а, 12b, 13а, 13b) являются металлическими волноводами прямоугольного сечения.

4. Устройство усиления по п.2, отличающееся тем, что содержит два отдельных ряда (41, 42) усиления, при этом каждый ряд усиления содержит одинаковое число усилительных модулей (41а, 41b, 42а, 42b), при этом усилительные модули (41а, 41b) первого ряда (41) установлены симметрично относительно усилительных модулей (42а, 42b) второго ряда (42) по обе стороны от оси (45) симметрии, параллельной направлению распространения.

5. Устройство усиления по п.4, отличающееся тем, что каждый усилительный модуль (41а, 41b) первого ряда (41) содержит усилительный элемент (11а, 11b) с входной и выходной осью (18а, 18b), ориентированной в направлении Y и выровненной соответственно с входной и выходной осью (20а, 20b) усилительного элемента (19а, 19b) усилительного модуля (42а, 42b) второго ряда (42).

6. Устройство усиления по п.5, отличающееся тем, что выходные соединительные волноводы (13) усилительных элементов всех усилительных модулей (41а, 41b, 42а, 42b) двух рядов (41, 42) являются различными, примыкают друг к другу и соединены с выходным сумматором (17) мощности, общим для всех выходных соединительных волноводов (13).

7. Устройство усиления по любому из пп. 4-6, отличающееся тем, что он содержит первый входной делитель (40) мощности с двумя выходами, соединенными соответственно с двумя рядами (41, 42) усиления через два перехода (43, 44), причем каждый ряд (41, 42) усиления содержит второй делитель (16а, 16b) мощности с выходами, соединенными соответственно с каждым входным соединительным волноводом (12) соответствующих усилительных модулей (41а, 41b, 42a, 42b).

8. Устройство усиления по п.7, отличающееся тем, что первый входной делитель (40) мощности имеет вход типа микроленты.

9. Устройство усиления по п.1, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере, два усилительных модуля (23, 24), расположенных друг над другом, при этом оба усилительных модуля находятся, по меньшей мере, на двух отдельных площадках (21, 22), расположенных друг над другом и содержащих одинаковое число усилительных модулей (23, 24), причем оба расположенных друг над другом усилительных модуля (23, 24) имеют общий входной волновод и общий выходной волновод.

10. Устройство усиления по п.1, отличающееся тем, что элементы (14а, 14b, 15a, 15b, 43, 44) переходов выбраны из ребристых линий (60), или из плунжеров (70), содержащих металлизированную линию (67), выполненную на подложке (68), или из механических плунжеров (75), использующих стеклянную бусину (69).

11. Устройство усиления по п.1, отличающееся тем, что каждый входной соединительный волновод (12) оборудован элементом (54) регулировки фазы.

12. Устройство усиления по п.1, отличающееся тем, что содержит оптоэлектронное устройство (80) питания, подключенное на входе устройства усиления через оптическое волокно (81) и переход (82).