一種新型穿插式設計的寬帶固態功率放大器的製作方法

2023-10-08 07:12:04 2

本發明涉及功率放大器技術領域，尤其涉及的是一種新型穿插式設計的寬帶固態功率放大器。

背景技術：

隨著微波毫米波技術在雷達、制導及通信等領域的廣泛應用，對微波毫米波固態功率放大器的帶寬、增益及輸出功率等指標都提出了越來越高的要求。在較低頻段由於受到功率合成器物理尺寸較大的限制，難以將整機做到較小體積；而且隨著功率的增大，散熱問題更加凸顯；多路功率合成的情況下，幅相一致性難以保證，對合成效率造成一定影響。

傳統固態功率放大器整機大多採用無源功分合成器和有源功率放大器一體化設計的思路，散熱容量受到合成器制約，難以充分利用空間資源，散熱效率較低。傳統功率放大器採用散熱器較為單一，採用一般鋁製散熱翅片，散熱效率受到材料的極大限制。如圖1所示，傳統功率合成器不同支路電磁信號幅相一致性受器件、加工裝配影響較大，無法進行獨立調節。

因此，現有技術存在缺陷，需要改進。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種新型穿插式設計的寬帶固態功率放大器。

本發明的技術方案如下：

一種新型穿插式設計的寬帶固態功率放大器，包括有源功率放大器模塊在散熱器上下表面分布；多路空間功率合成器穿插在散熱器的中間；功率放大器整機的輸入信號先通過一個一分四的功率分配器進入到四個有源功率放大器模塊中進行放大，再經過多路空間功率合成器合成輸出。

上述方案中，所述的散熱器為熱管三維交叉嵌入式分布，穿插鑲嵌於散熱器的表面和散熱翅片陣列內部。

上述方案中，所述功率放大器模塊中的支路設有幅相調節器，用於調節各支路的幅度和相位一致性。

上述方案中，所述多路空間功率合成器的外形為圓柱狀，並在散熱器中預留圓柱形通孔，將多路空間功率合成器置於散熱器中穿插而過。

上述方案中，將多路空間功率合成器、功率分配器與吹風風機和/或抽風風機分別分布於熱管散熱器的前後兩側。

上述方案中，有源功率放大器模塊和多路空間功率合成器之間採用電纜連接，用於進行獨立裝配和調試，互不幹涉。

採用上述方案，不但有效地解決了散熱問題，而且大大提高了系統的功率容量。本發明所研製的寬帶固態功率放大器整機的適用頻率範圍可覆蓋微波毫米波多個頻段，輸出功率可根據不同頻段的帶寬要求和具體的功率器件靈活調整。

附圖說明

圖1現有技術中的傳統功率放大器。

圖2為本發明穿插式設計的功率放大器的結構示意圖。

圖3為本發明插式設計的功率放大器分解結構圖之一。

圖4為本發明插式設計的功率放大器分解結構圖之二。

圖5為本發明插式設計的功率放大器中三維交叉嵌入式分布的熱管散熱器結構示意圖。

具體實施方式

為了便於理解本發明，下面結合附圖和具體實施例，對本發明進行更詳細的說明。但是，本發明可以採用許多不同的形式來實現，並不限於本說明書所描述的實施例。需要說明的是，當元件被稱為「固定於」另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是「連接」另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。

除非另有定義，本說明書所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是用於限制本發明。本說明書所使用的術語「及/或」包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

實施例1

本發明提出的新型的穿插式設計的寬帶固態功率放大器採用了功率合成器與散熱器穿插的結構，充分利用了空間資源；散熱器採用了熱管三維交叉嵌入式分布，有效提高了散熱效率；功率放大器支路設有幅相調節器，可調節各支路的幅度和相位一致性，提高合成效率。如圖2-4所示，本發明有源功率放大器模塊1在散熱器3上下表面分布，共四個；多路空間功率合成器2穿插在散熱器3的中間。功率放大器整機4的輸入信號先通過一段電纜進入一個一分四的功率分配器，通過功率分配器後的四路信號再進入到四個有源功率放大器模塊1中分別再一次進行等幅等相功率分配和放大，且每一個有源功率放大器模塊1均為一路輸入多路輸出，經過放大後的各路大功率信號最後再經過多路空間功率合成器合成，並經耦合器從整機信號輸出端輸出。其中，一分四功率分配器與4個有源功率放大器模塊1的輸入埠之間，以及4個有源功率放大器模塊的輸出埠與功率合成器的輸入埠之間，均用射頻電纜進行連接。

本專利提出了一種新型的穿插式設計的寬帶固態功率放大器，功率合成器與散熱器的穿插式分布設計，作為輸出通路的功率合成器及耦合器均工作在超寬帶狀態，其總長度較長，這將會直接導致整機的機身長度加大，為充分利用結構空間，有效減小機身長度，實現整機的緊湊化設計，本發明創新性地提出了一種新型的穿插式設計方案，將功率合成器外形設計為圓柱狀，並在散熱器中預留圓柱形通孔，將合成器置於散熱器中穿插而過。此種設計不但將功率合成器中的熱量通過緊密接觸的散熱翅片迅速散失，而且可以將整機的長度大大縮短，實現了整機結構空間的最優化利用。

本專利提出了基於熱管三維交叉嵌入式分布的高效的通風散熱技術，如圖5所示。該關鍵技術包含三個方面，首先，通過將功率放大模塊置於散熱器表面，使得功放晶片的熱源通過腔體直接與散熱器相接處，最大限度的減少了熱阻，提高了散熱效率；其次，通過將熱管三維立體分布穿插鑲嵌於散熱器的表面和散熱翅片陣列內部，進一步提高了散熱器的熱傳導係數，降低了溫度場的分布梯度，最大限度減小了熱源到散熱翅片的溫度差；第三，通過將功率分配與合成器與吹風風機/抽風風機分別分布於熱管散熱器的前後兩側，最小化散熱通道的風阻，大大提高了整個結構的通風效果。

各功率放大單元支路之間的高幅相一致性設計。該放大器整機方案改變了傳統的功率放大器整機中，功率分配、功率放大與功率合成的一體化設計，通過將功率放大器模塊單獨設計與裝配，結合每一個功率放大單元支路中的幅相調節器，可以實現各功率放大單元支路的幅度和相位的單獨測試與調試，能保證功率合成中各合成支路具有高度的幅度和相位一致性，從而可以大大提高功率的合成效率。本發明的關鍵點有如下幾項：

穿插式結構：將體積較長的功率合成器穿插放置在散熱器的中間，可充分利用空間資源，有利於功率放大器的緊湊型小型化發展。

三維交叉嵌入分布的熱管散熱器：將熱管折彎穿插於散熱翅片中，可大幅度提高散熱器的導熱和散熱效率。

有源功率放大和無源無源功率合成分體式設計：可實現每個功率放大器模塊單獨裝配與調試，採用幅相一致性調節器調節支路信號幅度和相位，從而有效提高合成效率。

本發明的創新點有如下幾項：

功率合成器和散熱器穿插結構：功率合成器穿插在散熱器中間，可充分利用散熱器中間的空間資源，大大縮短了功率合成通路的體積。穿插位置：可根據實際應用需要進行調節，需要時，可將功率分配器和功率合成器同時穿插於散熱器中，可實現單支路功率放大器模塊的單獨調試和裝配。三維交叉嵌入式分布的熱管散熱器結構：將熱管折彎穿插在散熱翅片中，可將功率放大器的熱量均勻分散到整個散熱器中，有效提高了散熱效率。熱管穿插結構：根據實際熱源分布情況及應用需要，可選擇迴旋、交叉、連續折彎等多種形式的三維空間分布方式。有源功率放大和無源功率合成分體式設計：有源功率放大器模塊和無源功率合成模塊之間採用電纜連接，可進行獨立裝配和調試，互不幹涉。

幅相調節器：分體式的結構設計可實現單支路測試和調節，功率放大器通路上可設置但不限於功率衰減、均衡枝節等幅度和相位調節裝置，可保證各支路之間幅相一致性，從而有效提高功率合成效率。本發明著重解決了功率放大器空間布局、大功率散熱和高效率多路功率合成的難題，提出了穿插式的功率合成器與散熱器的安裝方式，有效利用了空間資源；採用了三維交叉嵌入式分布的熱管散熱器，有效提高了散熱效率；有源放大器模塊採用單獨設計與裝配，設置了幅相一致調節器，可以實現對各路功率放大單元的幅度和相位的單獨測試和調節，提高了合成效率。

本發明提出了一種新型的基於空間功率分配與合成技術的寬帶固態功率放大器。採用具有低損耗、寬頻帶特性的空間功率分配與合成結構，可以實現靈活的合成路數和輸出功率。本發明採用將無源的功率分配與合成結構與有源的功率放大電路分離設計與穿插分布的方案，不但有效地解決了散熱問題，而且大大提高了系統的功率容量。本發明所研製的寬帶固態功率放大器整機的適用頻率範圍可覆蓋微波毫米波多個頻段，輸出功率可根據不同頻段的帶寬要求和具體的功率器件靈活調整。

需要說明的是，上述各技術特徵繼續相互組合，形成未在上面列舉的各種實施例，均視為本發明說明書記載的範圍；並且，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。