Ku波段開關功放組件的製作方法
2023-05-19 19:08:31 1
Ku波段開關功放組件的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種Ku波段開關功放組件，包括PIN開關電路、微波放大電路、電源/控制電路，輸入信號經過PIN開關電路調製後，輸出至微波放大電路，微波放大電路對輸入的信號進行有源功率放大和功分處理後產生兩路信號輸出，PIN開關電路包括偏置電路及多個級聯的PIN開關，外部PIN開關調製脈衝經過偏置電路進行脈衝壓縮、加速及高頻扼流後施加到PIN開關；微波放大電路由依次連接的微波有源放大器、隔離器及功分器組成，隔離器位於微波有源放大器之後的微帶傳輸線上；電源/控制電路為所述微波放大電路提供穩壓、負電保護及驅動信號。本實用新型的開關功放組件在發射與非發射下有較高的隔離度，輸出脈衝上升/下降沿較小，滿足微波引信的精度和高速響應。
【專利說明】Ku波段開關功放組件
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電子信息【技術領域】，尤其是微波引信的核心組件，具體而言涉及一種Ku波段開關功放組件。
【背景技術】
[0002]現有技術中，空中飛行器的精確定位能力主要受制於微波引信的響應能力。作為微波引信中的核心組件，功放組件的性能對微波引信的精度定位、高速響應有著舉足輕重的作用。
[0003]微波引信中的功放組件通常在脈衝體制下工作，並且對其發射與非發射狀態下的隔離度也有較高的要求，同時其輸出脈衝上升/下降沿亦直接影響微波引信的響應能力。而且現代空中通信系統對組件具有更加苛刻的體積要求，應用於微波引信的功放組件必須滿足高集成度的要求，但現有技術中尚未發現同時滿足上述設計要求的功放組件。
[0004]因此，研製在發射與非發射狀態下具有高隔離度、輸出脈衝上升/下降沿較小，而且具有高集成度的功放組件成為一個迫切的需求。
實用新型內容
[0005]本實用新型目的在於提供一種Ku波段開關功放組件，旨在解決的問題是:功放組件在發射與非發射狀態下有較高的隔離度，其輸出脈衝上升/下降沿較小，滿足微波引信的精度和高速響應。
[0006]為達成上述目的，本實用新型所採用的技術方案如下:
[0007]一種Ku波段開關功放組件，包括盒體和位於盒體內的PIN開關電路、微波放大電路、電源/控制電路，輸入信號經過所述PIN開關電路調製後，輸出至所述微波放大電路，該微波放大電路對輸入的信號進行有源功率放大和功分處理後，產生兩路信號輸出，其中:所述PIN開關電路包括一偏置電路以及多個級聯的PIN開關，外部PIN開關調製脈衝經過該偏置電路進行脈衝壓縮、加速及高頻扼流後施加到PIN開關上，對所述輸入信號進行調製；所述微波放大電路由依次連接的微波有源放大器、隔離器及功分器組成，隔離器位於微波有源放大器和功分器之間的微帶傳輸線上；所述電源/控制電路為所述微波放大電路提供穩壓、負電保護及驅動信號。
[0008]進一步的實施例中，所述PIN開關為PIN 二極體，各PIN 二極體之間的間距等於λ/4，λ為工作頻段內信號在所述微帶傳輸線上傳輸的波長。
[0009]進一步的實施例中，所述偏置電路由脈衝壓縮電路、脈衝加速電路以及高頻扼流電路組成，脈衝壓縮電路將外部PIN開關調製脈衝進行脈衝壓縮後，進入脈衝加速電路的輸入端，高頻扼流電路的一端連接至脈衝加速電路的輸出端，其另一端連接至所述多個級聯的PIN開關。
[0010]進一步的實施例中，所述脈衝壓縮電路由一電感組成，所述脈衝加速電路由一電容與電阻並聯形成，並與前述電感串聯，所述高頻扼流電路包括一接地電容和一個扼流電感，接地電容的一端接地，另一端與扼流電感連接，扼流電感的另一端連接至所述多個級聯的PIN開關。
[0011]進一步的實施例中，所述多個級聯PIN開關的兩端還分別連接有視頻短路線，視頻短路線的一端接地，另一端連接至所述多個級聯的PIN開關。
[0012]進一步的實施例中，所述多個級聯的PIN開關在所述盒體內分腔式分布，分布在至少2個腔體內。
[0013]進一步的實施例中,所述功分器為Wilkinson功分器。
[0014]進一步的實施例中，所述微波有源放大器為GaAs功率MMIC。
[0015]進一步的實施例中，所述電源/控制電路由穩壓電路、負電保護電路、功放驅動電路組成，其中，前述穩壓電路採用集成穩壓器將外部輸入的電源電壓轉換成前述負電保護電路、功放驅動電路和微波放大電路所需的工作電壓，前述負電保護電路採用晶體三極體串聯保護電路，外部功放調製脈衝輸入到前述功放驅動電路中，使其輸出的供電脈衝隨著功放調製脈衝變化。
[0016]進一步的實施例中，所述功放驅動電路包括一與非門電路以及一 MOSFET電晶體，該與非門電路由一第一輸入電壓15V經所述穩壓電路穩壓後進行供電，前述MOSFET電晶體由所述第一輸入電壓15V經所述穩壓電路、負電保護電路後進行供電，所述非門電路接收外部輸入的功放調製脈衝並輸出控制信號至MOSFET電晶體，MOSFET電晶體的輸出連接至所述GaAs功率麗IC的漏極，所述GaAs功率麗IC的柵極電壓由一第二輸入電壓-15V經一分壓電路提供。
[0017]由以上本實用新型的技術方案可知，本實用新型的Ku波段開關功放組件，其顯著優點在於:
[0018]1、採用PIN開關調製和功放脈衝調製相結合的方式，通過PIN開關電路和微波放大電路對輸入信號進行二次調製，並採用具有高速響應時間的開關，利用高速脈衝整形技術，實現功放組件輸出脈衝上升/下降沿小於3ns，提供微波引信的高速響應能力；
[0019]2、採用高速PIN 二極體級聯及電磁屏蔽分腔式設計，增強電磁屏蔽，保證PIN開關導通與關斷狀態的高隔離度，在發射與非發射狀態隔離度可高達90dB ；
[0020]3、本實用新型的Ku波段開關功放組件，採用的各器件成本低，可利用現有較成熟的微組裝工藝技術，滿足空中飛行器引信開關功放組件高集成度、小型化要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型一實施方式Ku波段開關功放組件的電路原理圖。
[0022]圖2為圖1實施例中PIN開關電路的一個示例性電路圖，其中(a)、(b)中的Al、A2為電路連接點。
[0023]圖3為圖1實施例中功分器的結構示意圖。
[0024]圖4為圖1實施例中電源/控制電路的原理示意圖。
[0025]圖5為圖1實施例中功放驅動電路中MOSFET的電路原理示意圖。
[0026]圖6為圖1實施例中PIN開關電路的另一示例性電路圖，其中(a)、(b)中的Al、A2為電路連接點。
【具體實施方式】
[0027]為了更了解本實用新型的技術內容，特舉具體實施例並配合所附圖式說明如下。
[0028]圖1所示為本實用新型一實施方式Ku波段開關功放組件的電路原理圖，其中，一種Ku波段開關功放組件，包括盒體和位於盒體內的PIN開關電路1、微波放大電路2、電源/控制電路3，輸入信號經過PIN開關電路I調製後，輸出至微波放大電路2，該微波放大電路2對輸入的信號進行有源功率放大和功分處理後，產生兩路信號輸出。
[0029]圖2所示PIN開關電路的電路原理圖，PIN開關電路包括一偏置電路以及多個級聯的PIN開關，外部PIN開關調製脈衝經過該偏置電路進行脈衝壓縮、加速及高頻扼流後施加到PIN開關上，從而使PIN開關通斷特性隨著調製脈衝變化，對輸入信號進行脈衝調製。
[0030]本實施例中，為了實現高速調製功能，PIN開關較佳地採用具有高速響應時間的PIN 二極體la，從而保證功放組件輸出脈衝具有較小的上升/下降沿。輸入信號經過高速PIN開關調製後，其上升/下降沿小於3ns。
[0031]為了實現PIN開關導通與關斷狀態下的高隔離度，本實施例中除了採用二極體級聯的方式外，為了防止電磁波通過空間傳播，各PIN 二極體之間的間距等於λ/4，λ為工作頻段內信號在所述微帶傳輸線上傳輸的波長。作為優選的實施方式，同時採用分腔設計，即前述多個級聯的PIN開關在盒體內分腔式分布，分布在至少2個腔體內，從而增強電磁屏蔽，保證PIN開關導通與關斷狀態實現90dB的隔離度。
[0032]如圖2所示，本實施例中，前述偏置電路由脈衝壓縮電路lb、脈衝加速電路Ic以及高頻扼流電路Id組成，脈衝壓縮電路Ib將外部PIN開關調製脈衝(SW:電平脈衝)進行脈衝壓縮後，進入脈衝加速電路Ic的輸入端，高頻扼流電路Id的一端連接至脈衝加速電路Ic的輸出端，其另一端連接至所述多個級聯的PIN開關la。其中，Al、A2為電路連接點，通過圖2中的A1、A2點將脈衝壓縮電路lb、脈衝加速電路Ic與高頻扼流電路IcUPIN開關連接，圖6中亦如此。
[0033]作為一個可選的實施方式，脈衝壓縮電路Ib由一電感L組成，脈衝加速電路Ic由一電容C與電阻R並聯形成，並與前述電感L串聯，高頻扼流電路Id包括一接地電容Cl和一個扼流電感LI，接地電容Cl的一端接地，另一端與扼流電感LI連接，扼流電感LI的另一端連接至前述多個級聯的PIN開關la。
[0034]在可選的實施例中，如圖6所示，前述多個級聯PIN開關的兩端還分別連接有視頻短路線(L2、L3)，從而濾除視頻幹擾信號，有效降低功放組件對微波引信系統的幹擾。視頻短路線(L2、L3)的一端接地，另一端連接至前述多個級聯的PIN開關。
[0035]如圖2和圖6所示，在多個級聯的PIN開關的兩端分別連接有兩個隔直電容(C2、C3)。
[0036]如圖1所示，微波放大電路2由依次連接的微波有源放大器2a、隔離器2b及功分器2c組成，隔離器2b位於微波有源放大器2a和功分器2c之間的微帶傳輸線上。通過在微波有源放大器2a之後、功分器2c之前設置隔離器2b，從而保證輸出駐波小於1.4，在改善埠駐波的同時，也提高功放組件的負載牽弓I能力。
[0037]微波有源放大包括驅動級放大和功率放大，本實施例中，為了滿足平臺搭載組件高集成度、小型化的要求，微波有源放大器選用GaAs功率MMIC，並選擇漏極調製，從而提高其工作的可靠性。
[0038]為了保證兩路輸出相位一致性，作為優選的實施方案，前述功分器2c選用為Wilkinson功分器。更優選地，Wilkinson功分器為等功分器,其結構如圖3所示。
[0039]前述電源/控制電路為所述微波放大電路提供穩壓、保護及驅動控制。如圖1結合圖4所示，所述電源/控制電路由穩壓電路、負電保護電路、功放驅動電路組成，其中:前述穩壓電路採用集成穩壓器將外部輸入的電源電壓(+12V、-15V)轉換成前述負電保護電路、功放驅動電路和微波放大電路所需的工作電壓；前述負電保護電路採用晶體三極體串聯保護電路，保證微波放大部分中GaAs功率MMIC的不會出現錯誤的供電順序；外部功放調製脈衝輸入到前述功放驅動電路中，使其輸出的供電脈衝隨著功放調製脈衝變化，使微波放大部分中GaAs功率MMIC的工作時序與功放調製脈衝一致。
[0040]如圖4所示，前述功放驅動電路包括一與非門電路以及一 MOSFET電晶體，該與非門電路由一第一輸入電壓15V經所述穩壓電路穩壓後進行供電，前述MOSFET電晶體由所述第一輸入電壓15V經所述穩壓電路、負電保護電路後進行供電，所述非門電路接收外部輸入的功放調製脈衝並輸出控制信號至MOSFET電晶體，MOSFET電晶體的輸出連接至所述GaAs功率麗IC的漏極，所述GaAs功率麗IC的柵極電壓由一第二輸入電壓-15V經一分壓電路提供。
[0041]本實施例中，作為優選的方式，前述外部輸入的功放調製脈衝(TTL)的脈寬範圍為:80?150ns，而PIN開關電路的工作脈寬僅有30?100ns，功放需要更快的調製速度，其上升下降沿在4ns以內，才能最終保證輸出脈衝波形不失真。
[0042]圖5所示為圖1實施例中功放驅動電路中MOSFET的電路原理示意圖，本實施例中，MOSFET電晶體選用EL7158型，如圖5所示，本實施例中供方驅動電路的關鍵位調製電路，採用MOSFET電晶體，其調製上升下降沿為2ns，具有峰值12A電流驅動能力。
[0043]表I為本實施例Ku波段開關功放組件主要性能參數的測試結果。
[0044]表I
[0045]
?時序I時序2技術符合
輸出埠Outl 0ut2 Outl 0ut2 要求情況
+23°C輸出峰值功率(dBm) 31.25 31.31 31.31 31.37 30-33 符合 +70°C輸出峰值功率(dBm) 30.41 30.33 30.33 30.32 30-33 ^~
-40°C輸出峰值功率(dBm) 31.84 31.92 31.90 31.82 30?33 符合
輸出駐波L29 — L32 — <L4~
開關隔離度(dB)9090909U >80 符合上升/F降沿(ns)1.8/2.01.9/2.1<4 符合
波形展寬(ns)+13+IA<4~
[0046]從表I可以看出，Ku波段開關功放組件採用開關調製和功放調製相結合的技術手段，實現了功放射頻信號在發射與非發射狀態下，可達80dB以上的高隔離度，甚至達到90dB左右，輸出脈衝上升/下降沿小於3ns的超高速響應。
[0047]本實施例的Ku波段開關功放組件工作時，其產生的熱量主要來自GaAs功率麗1C。由於功放組件是一個全封閉的金屬體，其工作時產生的熱量主要通過傳導和輻射的方式流動到外界環境中。兩種熱傳遞方式中傳導佔據較大的比重。通過結構優化設計，使功放組件工作時GaAs功率MMIC產生的熱量能及時傳遞到功放組件金屬殼體表面是非常關鍵的。本實施例的Ku波段開關功放組件在製作時，可在GaAs功率MMIC安裝面底部預留較厚的金屬層，使其工作時產生的熱量能及時傳遞到功放組件金屬殼體表面。與微波引信散熱層進行快速的熱交換，保證整個功放組件工作的穩定性。
[0048]雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本實用新型的範圍。本實用新型所屬【技術領域】中具有通常知識者，在不脫離本實用新型的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本實用新型的保護範圍當視權利要求書所界定者為準。
【權利要求】
1.一種Ku波段開關功放組件，其特徵在於，包括盒體和位於盒體內的PIN開關電路、微波放大電路、電源/控制電路，輸入信號經過所述PIN開關電路調製後，輸出至所述微波放大電路，該微波放大電路對輸入的信號進行有源功率放大和功分處理後，產生兩路信號輸出，其中:所述PIN開關電路包括一偏置電路以及多個級聯的PIN開關，外部PIN開關調製脈衝經過該偏置電路進行脈衝壓縮、加速及高頻扼流後施加到PIN開關上，對所述輸入信號進行調製；所述微波放大電路由依次連接的微波有源放大器、隔離器及功分器組成，隔離器位於微波有源放大器和功分器之間的微帶傳輸線上；所述電源/控制電路為所述微波放大電路提供穩壓、負電保護及驅動信號。
2.根據權利要求1所述的Ku波段開關功放組件，其特徵在於，所述PIN開關為PIN二極體，各PIN 二極體之間的間距等於λ/4，λ為工作頻段內信號在所述微帶傳輸線上傳輸的波長。
3.根據權利要求1所述的Ku波段開關功放組件，其特徵在於，所述偏置電路由脈衝壓縮電路、脈衝加速電路以及高頻扼流電路組成，脈衝壓縮電路將外部PIN開關調製脈衝進行脈衝壓縮後，進入脈衝加速電路的輸入端，高頻扼流電路的一端連接至脈衝加速電路的輸出端，其另一端連接至所述多個級聯的PIN開關。
4.根據權利要求3所述的Ku波段開關功放組件，其特徵在於，所述脈衝壓縮電路由一電感組成，所述脈衝加速電路由一電容與電阻並聯形成，並與前述電感串聯，所述高頻扼流電路包括一接地電容和一個扼流電感，接地電容的一端接地，另一端與扼流電感連接，扼流電感的另一端連接至所述多個級聯的PIN開關。
5.根據權利要求1所述的Ku波段開關功放組件，其特徵在於，所述多個級聯PIN開關的兩端還分別連接有視頻短路線，視頻短路線的一端接地，另一端連接至所述多個級聯的PIN開關。
6.根據權利要求1所述的Ku波段開關功放組件，其特徵在於，所述多個級聯的PIN開關在所述盒體內分腔式分布，分布在至少2個腔體內。
7.根據權利要求1所述的Ku波段開關功放組件，其特徵在於，所述功分器為Wilkinson 功分器。
8.根據權利要求1所述的Ku波段開關功放組件，其特徵在於，所述微波有源放大器為GaAs 功率 MMIC。
9.根據權利要求8所述的Ku波段開關功放組件，其特徵在於，所述電源/控制電路由穩壓電路、負電保護電路、功放驅動電路組成，其中，前述穩壓電路採用集成穩壓器將外部輸入的電源電壓轉換成前述負電保護電路、功放驅動電路和微波放大電路所需的工作電壓，前述負電保護電路採用晶體三極體串聯保護電路，外部功放調製脈衝輸入到前述功放驅動電路中，使其輸出的供電脈衝隨著功放調製脈衝變化。
10.根據權利要求9所述的Ku波段開關功放組件，其特徵在於，所述功放驅動電路包括一與非門電路以及一MOSFET電晶體,該與非門電路由一第一輸入電壓15V經所述穩壓電路穩壓後進行供電，前述MOSFET電晶體由所述第一輸入電壓15V經所述穩壓電路、負電保護電路後進行供電，所述非門電路接收外部輸入的功放調製脈衝並輸出控制信號至MOSFET電晶體，MOSFET電晶體的輸出連接至所述GaAs功率麗IC的漏極，所述GaAs功率麗IC的柵極電壓由一第二輸入電壓-15V經一分壓電路提供。
【文檔編號】H03F3/20GK203942501SQ201420391704
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月15日 優先權日:2014年7月15日
【發明者】雍定超, 鄒光勝, 朱承昆, 劉墩文, 何樹華, 穆鐵軍, 李文學, 孫強, 姚玲玲, 車裡木格 申請人:南京譽葆科技有限公司