一种基于矢量调制的W波段功率合成器制造技术

本发明专利技术提供一种基于矢量调制的W波段功率合成器。包括金属腔体、射频芯片、PCB基板等；金属腔体上设有波导输入接口与波导输出接口，腔体内部包含了波导耦合器和金属凹槽；射频芯片包括W波段模拟矢量调制芯片、功率放大器芯片，射频芯片焊接于金属凹槽内；PCB基板固定在金属凹槽内，PCB基板上放置控制与供电电路，PCB台阶焊盘通过金丝与芯片互连；射频芯片与波导之间信号传输通过波导探针过渡。本发明专利技术可通过PCB基板上控制电路改变不同射频通道中W波段模拟矢量调制芯片的控制电压，使各个通道幅度与相位特性可调，从而高效率实现功率合成。从而高效率实现功率合成。从而高效率实现功率合成。

【技术实现步骤摘要】
一种基于矢量调制的W波段功率合成器


[0001]本专利技术涉及无线通信设备
，适用于W波段等高频功率合成，尤其涉及一种基于矢量调制的W波段功率合成器。

技术介绍

[0002]微波波段（300MHz
‑
30GHz）频谱拥挤问题使得工程研究投向频率更高的毫米波段，其中W波段技术发展尤为迅猛，在卫通系统、雷达及电子对抗、精确制导和短距离通信等领域应用广泛。
[0003]W波段MMIC芯片输出功率通常较小，在大功率的应用场景中，需通过功率合成技术将多通道功率进行合成，以提高系统输出功率。功率合成的关键是对不同通道间的相位差进行补偿，使得各通道在合口处的相位保持一致，从而获得最高的合成效率。
[0004]传统的相位补偿方法是：对不同射频通道采用等线长的方式来达到各通道电长度一致，从而保证功率合成时相位一致。而在实际工程应用中，芯片间距、金丝键合、加工误差等因素，会带来不可预估的通道相位差，当工作频率较低时，信号波长更长，带来的相位差较小；当工作频率达到毫米波段时，微小的装配或加工误差即可造成较大的通道间相位不一致，影响通道合成效率，最坏的情况是当通道间功率合成时相位反相，此时合成效率最低。
[0005]现有设计中，如CN105207623A公开的《一种W波段高功率集成化合成倍频源》，其通过在W波段功率合成部分增加机械调节机构实现功率合成的幅相平衡性调节，可减小合成支路间不平衡性对输出功率的影响，提高合成效率，该功率合成方案控制简单，但通过机械调节幅相平衡性，其调节精度较低，合成效率提升有限，且在更多通道功率合成场景下，调节难度大，可生产性不高。
[0006]CN203166060U公开的《W波段功率合成器》，其本质仍是减小无源功率合成器件自身的插损，该插损的优化对功率合成的提升很小；实际上W波段器件装配误差和有源电路带来的相位差是W波段功率合成效率低的主要影响因素，该方案缺乏相位调节手段，未从根本上解决W波段功率合成效率低的难题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于矢量调制的W波段功率合成器，旨在解决W波段传统的通过等线长进行功率合成困难的问题。
[0008]本专利技术可通过PCB基板上控制电路改变不同射频通道中W波段模拟矢量调制芯片的控制电压，使各个通道幅度与相位特性可调，从而高效率实现功率合成。本专利技术的基于模拟矢量调制的W波段功率合成器相比于现有的W波段功率合成方法，具有很大的通道间幅度及相位容差，可通过灵活调整各通道内模拟矢量调制芯片的控制电压，改变其幅相特性，从而弥补由于芯片间距、金丝键合、加工误差等因素带来不可预估的通道间幅度不一致性和通道间相位差，具有更高的功率合成效率。
[0009]本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种基于矢量调制的W波段功率合成器，包括金属下腔体和金属上腔体、功率放大器芯片、模拟矢量调制芯片、PCB基板、波导探针。
[0011]金属下腔体和金属上腔体均具有波导腔，波导腔中通过机械加工得到W波段3dB波导耦合器，金属下腔体和金属上腔体对外设有波导输出接口和波导输入接口，波导输出接口、波导输入接口分别位于金属腔体的两侧，金属下腔体和金属上腔体合称金属腔体，且波导输出接口和波导输入接口均具有通过加工形成的标准金属法兰盘。
[0012]射频芯片层包括多个相同的射频链路通道，每个通道包含W波段的模拟矢量调制芯片、功率放大器芯片，射频芯片安装在金属凹槽内，金属凹槽设计在波导腔中部，金属凹槽内设置台阶槽用于安装PCB基板，PCB基板上包括射频芯片供电电路、模拟矢量调制芯片的控制电路。
[0013]波导探针，位于金属凹槽内，用于射频芯片与波导之间的射频过渡。
[0014]2组W波段3dB波导耦合器分别位于金属凹槽的两侧，金属凹槽两侧的波导腔以金属凹槽为轴呈轴对称布置。
[0015]W波段射频信号通过波导输入接口进入右侧多级W波段3dB波导耦合器功分后，利用波导探针分别传输至射频芯片内各通道模拟矢量调制芯片和功率放大器芯片，对通道幅相进行调整、功率放大，再通过波导探针传输至左侧多级W波段3dB波导耦合器进行功率合成。
[0016]进一步的, 当进行4通道的W波段模拟矢量调制功率合成时，具有6个W波段3dB波导耦合器，其中右侧第一级为1个W波段3dB波导耦合器，第二级为2个W波段3dB波导耦合器，左侧与右侧布置相同。
[0017]进一步的,金属下腔体和金属上腔体均具有沉头螺钉孔，它们通过沉头螺钉紧固，上下波导腔对接形成完整波导结构。
[0018]进一步的,W波段3dB波导耦合器的隔离端口根据吸收负载外形进行加工，吸收负载嵌入隔离端口，吸收负载末段点胶加固。
[0019]进一步的,波导输出接口和波导输入接口采用标准WR
‑
10波导接口，并与标准金属法兰盘对接。
[0020]进一步的,金属上腔体内部的金属凹槽内设置吸波材料。
[0021]进一步的,所述PCB基板采用台阶板样式，PCB焊盘通过金丝与功率放大器芯片及模拟矢量调制芯片相连接，PCB焊盘位于PCB基板上台阶槽内。
[0022]进一步的,波导探针为陶瓷基片电路，用于实现微波信号在平面传输和波导传输间的转换过渡。
[0023]进一步的,射频芯片通过微组装的方式装配在钼铜载板之上，并作为一个整体焊接于金属下腔体的金属凹槽内。
[0024]进一步的,所述金属下腔体和金属上腔体分别设有定位销及对应定位孔，用于保证波导对位，上下腔体通过沉头螺钉紧固。
[0025]本专利技术的有益效果：
[0026]与现有的W波段功率合成方案相比，本专利技术基于模拟矢量调制的W波段功率合成器，通过改变不同射频通道中W波段模拟矢量调制芯片的控制电压，使各个通道具有可调节
的幅度与相位特性，从而弥补由于芯片间距、金丝键合、加工误差等因素所带来不可预估的通道间幅度不一致性和通道间相位差，灵活调整通道间的相位，高效率实现功率合成。
附图说明
[0027]图1为矢量调制芯片原理图；
[0028]图2为矢量调制芯片星座图；
[0029]图3为本专利技术实施例提供的层级结构图；
[0030]图4为本专利技术实施例的立体结构方案示意图；
[0031]图5为本专利技术实施例的射频链路通道示意图一；
[0032]图6为本专利技术实施例的射频链路通道示意图二；
[0033]图7为本专利技术实施例采用的金属波导上腔体结构示意图。
[0034]图中：1
‑
金属下腔体、2
‑
金属上腔体、3
‑
W波段3dB波导耦合器、4
‑
波导输入接口、5
‑
波导输出接口、6
‑
功率放大器芯片、7
‑
模拟矢量调制芯片、8
‑
钼铜载板、9
‑
波导探针、10
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于矢量调制的W波段功率合成器，其特征在于，包括金属下腔体和金属上腔体、功率放大器芯片、模拟矢量调制芯片、PCB基板、波导探针；金属下腔体和金属上腔体均具有波导腔，波导腔中通过机械加工得到W波段3dB波导耦合器，金属下腔体和金属上腔体对外设有波导输出接口和波导输入接口，波导输出接口、波导输入接口分别位于金属腔体的两侧，金属下腔体和金属上腔体合称金属腔体，且波导输出接口和波导输入接口均具有通过加工形成的标准金属法兰盘；射频芯片层包括多个相同的射频链路通道，每个通道包含W波段的模拟矢量调制芯片、功率放大器芯片，射频芯片安装在金属凹槽内，金属凹槽设计在波导腔中部，金属凹槽内设置台阶槽用于安装PCB基板，PCB基板上包括射频芯片供电电路、模拟矢量调制芯片的控制电路；波导探针，位于金属凹槽内，用于射频芯片与波导之间的射频过渡；2组W波段3dB波导耦合器分别位于金属凹槽的两侧，金属凹槽两侧的波导腔以金属凹槽为轴呈轴对称布置；W波段射频信号通过波导输入接口进入右侧多级W波段3dB波导耦合器功分后，利用波导探针分别传输至射频芯片内各通道模拟矢量调制芯片和功率放大器芯片，对通道幅相进行调整、功率放大，再通过波导探针传输至左侧多级W波段3dB波导耦合器进行功率合成。2.根据权利要求1所述的基于矢量调制的W波段功率合成器，其特征在于，当进行4通道的W波段模拟矢量调制功率合成时，具有6个W波段3dB波导耦合器，其中右侧第一级为1个W波段3dB波导耦合器，第二级为2个W波段3dB波导耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：王康任，李力力，王洪全，马阳，
申请(专利权)人：成都华兴大地科技有限公司，
类型：发明
国别省市：