一種超寬帶固態功率放大器的製作方法

2023-07-30 09:14:31

本實用新型涉及微波通信技術領域，特別涉及一種超寬帶固態功率放大器。

背景技術：

隨著半導體技術和數字通信技術的發展，近年來出現了多種無線通信技術。在這些新的技術中，UWB(超寬帶)技術是一種非常有優勢的短距離內高速傳輸數據的無線技術。作為UWB無線發射機的重要部分，超寬帶功率放大器的研究受到了人們的關注。

傳統的超寬帶功率放大器基本都採用行波管功率放大器（TWTA），行波管功放具有輸出功率大（Ku頻段可以到2KW、C頻段可以到3KW）、工作帶寬範圍寬（一般為750MHz，可擴展至1250MHz）、效率高（一般可以達到25%左右）等特點，是當前固態功率放大器（SSPA）很難達到的性能指標。但行波管功放與固態功放相比缺點明顯，如使用壽命短，多載波工作時功率回退大，同時，由於行波管功率放大器屬於真空電子管放大器，其工作在高壓環境中，其工作的可靠性、穩定性較差，且容易損壞，損壞後無法修復，造成資源的嚴重浪費。因此當前急需一種超寬帶固態大功率放大器替代行波管放大器。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足提供一種超寬帶固態功率放大器，本超寬帶固態功率放大器具有結構簡單，有效帶寬較寬，增益高，輸出功率大，工作穩定可靠等優點。

為實現上述技術目的，本實用新型採取的技術方案為：

一種超寬帶固態功率放大器，包括屏蔽盒和設置在屏蔽盒內部的功率放大器電路模塊，所述屏蔽盒的側面設置有微波信號輸入端子、微波信號輸出端子和使能控制直流偏置電壓輸入端子，所述功率放大器電路模塊包括電源控制電路單元和微波電路單元，所述微波電路單元包括推動放大模塊、驅動放大模塊、四個功率放大模塊、一分四功分模塊和四合一功合模塊；所述屏蔽盒的內部設有第一屏蔽盒體、第二屏蔽盒體和第三屏蔽盒體，所述推動放大模塊位於第一屏蔽盒體的內部，所述驅動放大模塊位於第二屏蔽盒體內部，所述四個功率放大模塊、一分四功分模塊和四合一功合模塊位於第三屏蔽盒體內部，所述推動放大模塊包括推動放大器，所述驅動放大模塊包括驅動放大器，所述功率放大模塊包括功率放大器；其中推動放大器的放大晶片為高增益大功率放大晶片，驅動放大器的放大晶片為高增益小功率放大晶片，功率放大器的放大晶片為高功率放大晶片；

所述使能控制直流偏置電壓輸入端子與電源控制電路單元連接，所述電源控制電路單元分別與推動放大模塊、驅動放大模塊和功率放大模塊連接，所述微波信號輸入端子與所述推動放大模塊連接，所述推動放大模塊與驅動放大模塊連接，所述驅動放大模塊與一分四功分模塊連接，所述一分四功分模塊分別與四個功率放大模塊連接，四個所述功率放大模塊均與四合一功合模塊連接，所述四合一功合模塊與所述微波信號輸出端子連接，所述一分四功分模塊的相鄰的輸出端之間均通過隔離電阻連接，所述四合一功合模塊的相鄰的輸入端之間均通過隔離電阻連接，所述隔離電阻採用金剛石基板。

作為本實用新型進一步改進的技術方案，所述電源控制電路單元包括電源開關控制電路和電源轉換濾波電路，所述使能控制直流偏置電壓輸入端子與電源開關控制電路連接，所述電源開關控制電路分別與所述功率放大模塊和電源轉換濾波電路連接，所述電源轉換濾波電路分別與推動放大模塊和驅動放大模塊連接。

作為本實用新型進一步改進的技術方案，所述使能控制直流偏置電壓輸入端子採用矩形連接器，所述矩形連接器的外殼採用鋅白銅材質。

作為本實用新型進一步改進的技術方案，所述微波信號輸入端子和微波信號輸出端子均採用SMA連接器。

作為本實用新型進一步改進的技術方案，所述一分四功分模塊和四合一功合模塊均採用平板微帶結構。

作為本實用新型進一步改進的技術方案，所述一分四功分模塊由三個一分二的功率分配器連接而成，所述四合一功合模塊由三個二合一的功率合成器連接而成。

作為本實用新型進一步改進的技術方案，所述屏蔽盒、第一屏蔽盒體、第二屏蔽盒體和第三屏蔽盒體採用紫銅材質且內表面鍍金。

作為本實用新型進一步改進的技術方案，所述屏蔽盒的側面設有接地端子，所述接地端子分別與屏蔽盒體、第一屏蔽盒體、第二屏蔽盒體和第三屏蔽盒體電連接，所述接地端子採用M3接地柱且表面鍍金。

作為本實用新型進一步改進的技術方案，還包括第一鉬銅底座和第二鉬銅底座，所述驅動放大器中的放大晶片通過無鉛焊料燒結到第一鉬銅底座上，所述第一鉬銅底座通過無鉛焊料燒結到第二屏蔽盒體的內表面；所述功率放大器中的放大晶片通過無鉛焊料燒結到第二鉬銅底座上，所述第二鉬銅底座採用無鉛焊料燒結到第三屏蔽盒體的內表面。即實現了驅動放大器中的放大晶片和功率放大器中的放大晶片的充分接地，又達到了良好散熱。

本實用新型的有益效果為：採用一分四功分模塊、四合一功合模塊和四個功率放大模塊，因此輸出功率大，功率回饋小，替代傳統的行波管功率放大器，有效解決了行波管功率放大器的諸多缺點，一分四功分模塊的相鄰的輸出端之間通過隔離電阻連接，四合一功合模塊的相鄰的輸入端之間通過隔離電阻連接，即實現小型化，又避免了路間串擾反射，第一屏蔽盒體、第二屏蔽盒體和第三屏蔽盒體的分腔設計也避免了各級放大器之間的串擾幹擾，達到了功率穩定輸出，克服了行波管功率放大器工作在高壓環境中工作的可靠性、穩定性較差的缺點；隔離電阻採用金剛石基板，即實現了牢固不宜損壞，又能夠良好散熱；本實用新型整體結構緊湊，信號輸出穩定可靠，工作頻帶寬，使用壽命長。

附圖說明

圖1是本實用新型的電路原理示意圖。

圖2是本實用新型的一分四功分模塊和四合一功合模塊的電路原理示意圖。

圖3是本實用新型的驅動放大器的放大晶片或功率放大器的放大晶片的燒結結構示意圖。

具體實施方式

下面根據圖1至圖3對本實用新型的具體實施方式作出進一步說明：

參見圖1，一種超寬帶固態功率放大器，包括屏蔽盒和設置在屏蔽盒內部的功率放大器電路模塊，所述屏蔽盒的側面設置有微波信號輸入端子、微波信號輸出端子和使能控制直流偏置電壓輸入端子，所述功率放大器電路模塊包括電源控制電路單元和微波電路單元，所述微波電路單元包括推動放大模塊、驅動放大模塊、四個功率放大模塊、一分四功分模塊和四合一功合模塊；所述使能控制直流偏置電壓輸入端子與電源控制電路單元連接，所述電源控制電路單元分別與推動放大模塊、驅動放大模塊和功率放大模塊連接，所述微波信號輸入端子與所述推動放大模塊連接，所述推動放大模塊與驅動放大模塊連接，所述驅動放大模塊與一分四功分模塊連接，所述一分四功分模塊分別與四個功率放大模塊連接，四個所述功率放大模塊均與四合一功合模塊連接，所述四合一功合模塊與所述微波信號輸出端子連接，所述一分四功分模塊的相鄰的輸出端之間均通過隔離電阻6連接，所述四合一功合模塊的相鄰的輸入端之間均通過隔離電阻6連接，所述隔離電阻6單獨採用金剛石基板。所述屏蔽盒的內部設有第一屏蔽盒體、第二屏蔽盒體4和第三屏蔽盒體，所述推動放大模塊位於第一屏蔽盒體的內部，所述驅動放大模塊位於第二屏蔽盒體4內部，所述四個功率放大模塊、一分四功分模塊和四合一功合模塊位於第三屏蔽盒體內部，所述推動放大模塊包括推動放大器，所述驅動放大模塊包括驅動放大器，所述功率放大模塊包括功率放大器；其中推動放大器的放大晶片為高增益大功率放大晶片，驅動放大器的放大晶片為高增益小功率放大晶片，功率放大器的放大晶片為高功率放大晶片。

本實施例中，所述電源控制電路單元包括電源開關控制電路和電源轉換濾波電路，所述使能控制直流偏置電壓輸入端子與電源開關控制電路連接，所述電源開關控制電路分別與所述功率放大模塊和電源轉換濾波電路連接，所述電源轉換濾波電路分別與推動放大模塊和驅動放大模塊連接。

本實施例中，所述使能控制直流偏置電壓輸入端子採用矩形連接器J131-9-TJ-A，所述矩形連接器J131-9-TJ-A的外殼採用鋅白銅材質。使能控制直流偏置電壓輸入端子輸入的信號依次經電源控制電路單元中電源開關控制電路和電源轉換濾波電路處理後直接給微波電路單元中的推動放大模塊和驅動放大模塊提供直流偏置電壓。

本實施例中，所述微波信號輸入端子和微波信號輸出端子均採用SMA連接器。可以用現有的鋅白銅SMA連接器D330S12F06。

本實施例中，所述一分四功分模塊和四合一功合模塊均採用平板微帶結構。

本實施例中，如圖2所示，所述一分四功分模塊由三個一分二的功率分配器5連接而成，一分二的功率分配器5的兩個輸出端分別與其餘兩個一分二的功率分配器5的輸入端連接，其餘兩個一分二的功率分配器5的兩個輸出端分別與四個功率放大模塊8的輸入端連接，三個一分二的功率分配器5的兩個輸出端通過隔離電阻6連接；所述四合一功合模塊由三個二合一的功率合成器7連接而成，如圖2所示，二合一的功率合成器7的兩個輸入端分別與其餘兩個二合一的功率合成器7的輸出端連接，其餘兩個二合一的功率合成器7的輸入端與四個功率放大模塊8的輸出端連接，二合一的功率合成器7的兩個輸入端通過隔離電阻6連接，所述隔離電阻6單獨採用金剛石基板，所述隔離電阻6的引腳與二合一的功率合成器7的引腳和一分二的功率分配器5的引腳之間通過金線連接。

本實施例中，所述屏蔽盒、第一屏蔽盒體、第二屏蔽盒體4和第三屏蔽盒體採用紫銅材質且內表面鍍金。

本實施例中，所述屏蔽盒的側面設有接地端子，所述接地端子分別與屏蔽盒體、第一屏蔽盒體、第二屏蔽盒體4和第三屏蔽盒體電連接，實現了屏蔽盒體、第一屏蔽盒體、第二屏蔽盒體4和第三屏蔽盒體的接地，所述接地端子採用M3接地柱且表面鍍金，防止氧化。

本實施例中，參見圖3，還包括第一鉬銅底座3和第二鉬銅底座，所述驅動放大器的放大晶片1的底部焊盤通過無鉛焊料2並採用無縫燒結技術燒結到第一鉬銅底座3上，所述第一鉬銅底座3通過無鉛焊料2並採用無縫燒結技術燒結到第二屏蔽盒體4的內表面；所述功率放大器的放大晶片的底部焊盤通過無鉛焊料2並採用無縫燒結技術燒結到第二鉬銅底座上，所述第二鉬銅底座採用無鉛焊料2並採用無縫燒結技術燒結到第三屏蔽盒體的內表面。即實現了驅動放大器的放大晶片1和功率放大器的放大晶片的充分接地，又達到了良好散熱。所述第一鉬銅底座3和第二鉬銅底座均為0.8cm。所述驅動放大器的放大晶片1和功率放大器的放大晶片均為裸晶片。

本實用新型在工作時，電源開關控制電路包括負壓保護電路和使能控制電路，直流供給電壓信號輸入（DC IN）到使能控制直流偏置電壓輸入端子，進而通過使能控制直流偏置電壓輸入端子發送電壓信號到電源開關控制電路的輸入端，電源開關控制電路進行負壓保護及使能控制後將輸出的電壓信號中一路發送到四個所述功率放大模塊的直流供給輸入端從而為功率放大模塊供電，電源轉換濾波電路包括DC/DC轉換器和LC濾波電路，DC/DC轉換器採用DC+24V轉DC+7V電路，電源開關控制電路將自身輸出的電壓信號中的另一路依次發送信號到DC/DC轉換器和LC濾波電路，LC濾波電路輸出兩路信號分別到推動放大模塊的直流供給輸入端和驅動放大模塊的直流供給輸入端從而提供電能，微波信號經過微波信號輸入端子輸入（RF IN）後依次經推動放大模塊、驅動放大模塊、一分四功分模塊、四個功率放大模塊和四合一功合模塊後輸出大功率微波信號（RF OUT）。

經實踐證明，利用本實施例的超寬帶固態功率放大器可實現以下技術指標：

(1)、工作溫度：-40℃～+70℃；

(2)、存儲溫度：-55℃～+85℃；

(3)、工作頻率： 6 ～18GHz；

(4)、輸入功率：-5～+5dBm；

(5)、輸出功率：≥100W＆（6～12GHz）；≥80W＆（12～14GHz）；

≥60W＆（14～16GHz）；≥50W＆（16～18GHz）；

(6)、雜散抑制：≤-60dBc。

本實用新型採用一分四功分模塊、四合一功合模塊和四個功率放大模塊，因此輸出功率大，替代傳統的行波管功率放大器，有效解決了行波管功率放大器的諸多缺點，一分四功分模塊的相鄰的輸出端之間通過隔離電阻6連接，四合一功合模塊的相鄰的輸入端之間通過隔離電阻6連接，即實現小型化，又避免了路間串擾反射，達到了功率穩定輸出，克服了行波管功率放大器工作在高壓環境中工作的可靠性、穩定性較差的缺點；隔離電阻6採用金剛石基板，實現了牢固不宜損壞，壽命長；本實用新型實現了驅動放大器的放大晶片1和功率放大器的放大晶片的充分接地，又達到了良好散熱；本實用新型整體結構緊湊，信號輸出穩定可靠，工作頻帶寬，壽命長。

本實用新型的保護範圍包括但不限於以上實施方式，本實用新型的保護範圍以權利要求書為準，任何對本技術做出的本領域的技術人員容易想到的替換、變形、改進均落入本實用新型的保護範圍。