[发明专利]一种金属销钉封装多路紧凑功率合成放大器及方法

说明书

本发明公开了一种金属销钉封装多路紧凑功率合成放大器及方法，包括功率分配器和功率合成器，所述功率分配器和所述功率合成器的结构相同，所述功率合成器包括微带3dB合成结构、微带到波导过渡结构、波导合成网络以及输出波导，所述微带3dB合成结构位于销钉封装腔体内部，用于将芯片输出功率进行合成，实现第一级功率合成，所述销钉封装腔体位于所述功率分配器和所述功率合成器之间。本发明金属销钉封装多路紧凑功率合成放大器能够稳定可靠地工作。

技术领域

本发明属于功率合成技术领域，具体涉及一种金属销钉封装的多路紧凑功率合成放大器。

背景技术

近些年来，随着微波毫米波技术的快速发展，微波毫米波系统对于固态器件的功率水平、可靠性和体积等提出了更高的要求。受限于现有工艺技术，单个固态器件的功率水平通常难以满足系统级需求。为此，人们普遍采用功率合成网络将多个固态器件的输出功率合成，从而实现固态器件大功率输出。在MMIC放大器芯片选定的情况下，功率合成网络的性质将直接决定功率合成放大器的功率、合成效率、稳定性和体积等性能。因此，如何在保证功率放大器结构紧凑、稳定工作的前提下，实现最大路数和最高效率的功率合成成为了功率合成技术研究的重点。

基于微带线的平面合成电路利用金丝键合工艺可以与MMIC芯片的输入输出很好地兼容。但是微带线具有较高的介质损耗，随着合成路数和工作频率的增加，微带电路的路径损耗会急剧增加，这将显著降低功率放大器的合成效率。而且基于微带的平面合成电路通常只能在二维平面上进行延展来增加合成路数，这会使得合成电路占据较大的平面尺寸，从而使得功率合成放大器体积过于庞大。此外，微带线功率容量有限，不适合大功率合成输出。基于波导的功率合成技术具有路径损耗低、功率容量高和散热性能好等优点而在微波、毫米波功率合成中备受青睐。通过波导到微带过渡转换结构可以实现波导与MMIC芯片的兼容，传统的波导合成结构有：波导T型结、波导分支线电桥、波导缝隙电桥等。然而，对于多路合成而言，传统的波导二进制功率合成结构通常在某一平面上进行合成路数的扩展，面临体积臃肿的问题。此外，功率芯片通常被封装在金属腔体中，金属腔封装可以起到对功率芯片物理保护以及对外电磁屏蔽的作用。然而在微波毫米波频段，金属腔封装很大可能会产生谐振模式。这些谐振会恶化放大器腔体的隔离特性，甚至破坏功率芯片工作特性，导致放大器产生自激震荡。目前主流的解决方案是在封装腔体内部粘贴微波吸收材料来消除腔体谐振模式，但是微波吸收材料同样会带来功率和增益上损耗，影响放大器的合成效率。此外，吸收体粘贴的位置不具有有通用性，往往需要花费相当的时间成本对放大器进行调试。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供了一种金属销钉封装多路紧凑功率合成放大器。该放大器将波导功率合成技术和微带平面合成技术相结合，达到了多路功率合成放大器结构在三维位面的的延伸，实现了放大器紧凑体积、高合成效率和高功率容量。利用阵列金属销钉封装结构，改善了功率放大器腔体隔离度，在不增加额外损耗的前提下提高放大器稳定性。

本发明的技术方案为：提供一种金属销钉封装多路紧凑功率合成放大器，包括功率分配器、功率合成器和销钉封装腔体，所述功率分配器和所述功率合成器的结构相同，所述功率分配器与所述功率合成器在水平方向上呈旋转对称放置，所述销钉封装腔体内置有功率放大芯片阵列、金属腔体和金属销钉阵列，每个功率放大器芯片输入端通过金丝键合工艺与功率分配器输出微带连接，功率放大器芯片输出端与功率合成器输入微带连接，所述功率合成器包括微带3dB合成结构、微带到波导过渡结构、波导合成网络以及输出波导，所述微带3dB合成结构位于销钉封装腔体内部。

优选地，所述微带3dB合成结构为以下类型中的任一种：微带T型结、Wilkinson功分结构、Lange耦合器或微带分支线耦合器。