Ku波段开关功放组件的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种Ku波段开关功放组件，包括PIN开关电路、微波放大电路、电源/控制电路，输入信号经过PIN开关电路调制后，输出至微波放大电路，微波放大电路对输入的信号进行有源功率放大和功分处理后产生两路信号输出，PIN开关电路包括偏置电路及多个级联的PIN开关，外部PIN开关调制脉冲经过偏置电路进行脉冲压缩、加速及高频扼流后施加到PIN开关；微波放大电路由依次连接的微波有源放大器、隔离器及功分器组成，隔离器位于微波有源放大器之后的微带传输线上；电源/控制电路为所述微波放大电路提供稳压、负电保护及驱动信号。本实用新型的开关功放组件在发射与非发射下有较高的隔离度，输出脉冲上升/下降沿较小，满足微波引信的精度和高速响应。
【专利说明】Ku波段开关功放组件
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电子信息【技术领域】，尤其是微波引信的核心组件，具体而言涉及一种Ku波段开关功放组件。
【背景技术】
[0002]现有技术中，空中飞行器的精确定位能力主要受制于微波引信的响应能力。作为微波引信中的核心组件，功放组件的性能对微波引信的精度定位、高速响应有着举足轻重的作用。
[0003]微波引信中的功放组件通常在脉冲体制下工作，并且对其发射与非发射状态下的隔离度也有较高的要求，同时其输出脉冲上升/下降沿亦直接影响微波引信的响应能力。而且现代空中通信系统对组件具有更加苛刻的体积要求，应用于微波引信的功放组件必须满足高集成度的要求，但现有技术中尚未发现同时满足上述设计要求的功放组件。
[0004]因此，研制在发射与非发射状态下具有高隔离度、输出脉冲上升/下降沿较小，而且具有高集成度的功放组件成为一个迫切的需求。
实用新型内容
[0005]本实用新型目的在于提供一种Ku波段开关功放组件，旨在解决的问题是:功放组件在发射与非发射状态下有较高的隔离度，其输出脉冲上升/下降沿较小，满足微波引信的精度和高速响应。
[0006]为达成上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下:
[0007]一种Ku波段开关功放组件，包括盒体和位于盒体内的PIN开关电路、微波放大电路、电源/控制电路，输入信号经过所述PIN开关电路调制后，输出至所述微波放大电路，该微波放大电路对输入的信号进行有源功率放大和功分处理后，产生两路信号输出，其中:所述PIN开关电路包括一偏置电路以及多个级联的PIN开关，外部PIN开关调制脉冲经过该偏置电路进行脉冲压缩、加速及高频扼流后施加到PIN开关上，对所述输入信号进行调制；所述微波放大电路由依次连接的微波有源放大器、隔离器及功分器组成，隔离器位于微波有源放大器和功分器之间的微带传输线上；所述电源/控制电路为所述微波放大电路提供稳压、负电保护及驱动信号。
[0008]进一步的实施例中，所述PIN开关为PIN 二极管，各PIN 二极管之间的间距等于λ/4，λ为工作频段内信号在所述微带传输线上传输的波长。
[0009]进一步的实施例中，所述偏置电路由脉冲压缩电路、脉冲加速电路以及高频扼流电路组成，脉冲压缩电路将外部PIN开关调制脉冲进行脉冲压缩后，进入脉冲加速电路的输入端，高频扼流电路的一端连接至脉冲加速电路的输出端，其另一端连接至所述多个级联的PIN开关。
[0010]进一步的实施例中，所述脉冲压缩电路由一电感组成，所述脉冲加速电路由一电容与电阻并联形成，并与前述电感串联，所述高频扼流电路包括一接地电容和一个扼流电感，接地电容的一端接地，另一端与扼流电感连接，扼流电感的另一端连接至所述多个级联的PIN开关。
[0011]进一步的实施例中，所述多个级联PIN开关的两端还分别连接有视频短路线，视频短路线的一端接地，另一端连接至所述多个级联的PIN开关。
[0012]进一步的实施例中，所述多个级联的PIN开关在所述盒体内分腔式分布，分布在至少2个腔体内。
[0013]进一步的实施例中,所述功分器为Wilkinson功分器。
[0014]进一步的实施例中，所述微波有源放大器为GaAs功率MMIC。
[0015]进一步的实施例中，所述电源/控制电路由稳压电路、负电保护电路、功放驱动电路组成，其中，前述稳压电路采用集成稳压器将外部输入的电源电压转换成前述负电保护电路、功放驱动电路和微波放大电路所需的工作电压，前述负电保护电路采用晶体三极管串联保护电路，外部功放调制脉冲输入到前述功放驱动电路中，使其输出的供电脉冲随着功放调制脉冲变化。
[0016]进一步的实施例中，所述功放驱动电路包括一与非门电路以及一 MOSFET晶体管，该与非门电路由一第一输入电压15V经所述稳压电路稳压后进行供电，前述MOSFET晶体管由所述第一输入电压15V经所述稳压电路、负电保护电路后进行供电，所述非门电路接收外部输入的功放调制脉冲并输出控制信号至MOSFET晶体管，MOSFET晶体管的输出连接至所述GaAs功率丽IC的漏极，所述GaAs功率丽IC的栅极电压由一第二输入电压-15V经一分压电路提供。
[0017]由以上本实用新型的技术方案可知，本实用新型的Ku波段开关功放组件，其显著优点在于:
[0018]1、采用PIN开关调制和功放脉冲调制相结合的方式，通过PIN开关电路和微波放大电路对输入信号进行二次调制，并采用具有高速响应时间的开关，利用高速脉冲整形技术，实现功放组件输出脉冲上升/下降沿小于3ns，提供微波引信的高速响应能力；
[0019]2、采用高速PIN 二极管级联及电磁屏蔽分腔式设计，增强电磁屏蔽，保证PIN开关导通与关断状态的高隔离度，在发射与非发射状态隔离度可高达90dB ；
[0020]3、本实用新型的Ku波段开关功放组件，采用的各器件成本低，可利用现有较成熟的微组装工艺技术，满足空中飞行器引信开关功放组件高集成度、小型化要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型一实施方式Ku波段开关功放组件的电路原理图。
[0022]图2为图1实施例中PIN开关电路的一个示例性电路图，其中(a)、(b)中的Al、A2为电路连接点。
[0023]图3为图1实施例中功分器的结构示意图。
[0024]图4为图1实施例中电源/控制电路的原理示意图。
[0025]图5为图1实施例中功放驱动电路中MOSFET的电路原理示意图。
[0026]图6为图1实施例中PIN开关电路的另一示例性电路图，其中(a)、(b)中的Al、A2为电路连接点。
【具体实施方式】
[0027]为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
[0028]图1所示为本实用新型一实施方式Ku波段开关功放组件的电路原理图，其中，一种Ku波段开关功放组件，包括盒体和位于盒体内的PIN开关电路1、微波放大电路2、电源/控制电路3，输入信号经过PIN开关电路I调制后，输出至微波放大电路2，该微波放大电路2对输入的信号进行有源功率放大和功分处理后，产生两路信号输出。
[0029]图2所示PIN开关电路的电路原理图，PIN开关电路包括一偏置电路以及多个级联的PIN开关，外部PIN开关调制脉冲经过该偏置电路进行脉冲压缩、加速及高频扼流后施加到PIN开关上，从而使PIN开关通断特性随着调制脉冲变化，对输入信号进行脉冲调制。
[0030]本实施例中，为了实现高速调制功能，PIN开关较佳地采用具有高速响应时间的PIN 二极管la，从而保证功放组件输出脉冲具有较小的上升/下降沿。输入信号经过高速PIN开关调制后，其上升/下降沿小于3ns。
[0031]为了实现PIN开关导通与关断状态下的高隔离度，本实施例中除了采用二极管级联的方式外，为了防止电磁波通过空间传播，各PIN 二极管之间的间距等于λ/4，λ为工作频段内信号在所述微带传输线上传输的波长。作为优选的实施方式，同时采用分腔设计，即前述多个级联的PIN开关在盒体内分腔式分布，分布在至少2个腔体内，从而增强电磁屏蔽，保证PIN开关导通与关断状态实现90dB的隔离度。
[0032]如图2所示，本实施例中，前述偏置电路由脉冲压缩电路lb、脉冲加速电路Ic以及高频扼流电路Id组成，脉冲压缩电路Ib将外部PIN开关调制脉冲(SW:电平脉冲)进行脉冲压缩后，进入脉冲加速电路Ic的输入端，高频扼流电路Id的一端连接至脉冲加速电路Ic的输出端，其另一端连接至所述多个级联的PIN开关la。其中，Al、A2为电路连接点，通过图2中的A1、A2点将脉冲压缩电路lb、脉冲加速电路Ic与高频扼流电路IcUPIN开关连接，图6中亦如此。
[0033]作为一个可选的实施方式，脉冲压缩电路Ib由一电感L组成，脉冲加速电路Ic由一电容C与电阻R并联形成，并与前述电感L串联，高频扼流电路Id包括一接地电容Cl和一个扼流电感LI，接地电容Cl的一端接地，另一端与扼流电感LI连接，扼流电感LI的另一端连接至前述多个级联的PIN开关la。
[0034]在可选的实施例中，如图6所示，前述多个级联PIN开关的两端还分别连接有视频短路线(L2、L3)，从而滤除视频干扰信号，有效降低功放组件对微波引信系统的干扰。视频短路线(L2、L3)的一端接地，另一端连接至前述多个级联的PIN开关。
[0035]如图2和图6所示，在多个级联的PIN开关的两端分别连接有两个隔直电容(C2、C3)。
[0036]如图1所示，微波放大电路2由依次连接的微波有源放大器2a、隔离器2b及功分器2c组成，隔离器2b位于微波有源放大器2a和功分器2c之间的微带传输线上。通过在微波有源放大器2a之后、功分器2c之前设置隔离器2b，从而保证输出驻波小于1.4，在改善端口驻波的同时，也提高功放组件的负载牵弓I能力。
[0037]微波有源放大包括驱动级放大和功率放大，本实施例中，为了满足平台搭载组件高集成度、小型化的要求，微波有源放大器选用GaAs功率MMIC，并选择漏极调制，从而提高其工作的可靠性。
[0038]为了保证两路输出相位一致性，作为优选的实施方案，前述功分器2c选用为Wilkinson功分器。更优选地，Wilkinson功分器为等功分器,其结构如图3所示。
[0039]前述电源/控制电路为所述微波放大电路提供稳压、保护及驱动控制。如图1结合图4所示，所述电源/控制电路由稳压电路、负电保护电路、功放驱动电路组成，其中:前述稳压电路采用集成稳压器将外部输入的电源电压(+12V、-15V)转换成前述负电保护电路、功放驱动电路和微波放大电路所需的工作电压；前述负电保护电路采用晶体三极管串联保护电路，保证微波放大部分中GaAs功率MMIC的不会出现错误的供电顺序；外部功放调制脉冲输入到前述功放驱动电路中，使其输出的供电脉冲随着功放调制脉冲变化，使微波放大部分中GaAs功率MMIC的工作时序与功放调制脉冲一致。
[0040]如图4所示，前述功放驱动电路包括一与非门电路以及一 MOSFET晶体管，该与非门电路由一第一输入电压15V经所述稳压电路稳压后进行供电，前述MOSFET晶体管由所述第一输入电压15V经所述稳压电路、负电保护电路后进行供电，所述非门电路接收外部输入的功放调制脉冲并输出控制信号至MOSFET晶体管，MOSFET晶体管的输出连接至所述GaAs功率丽IC的漏极，所述GaAs功率丽IC的栅极电压由一第二输入电压-15V经一分压电路提供。
[0041]本实施例中，作为优选的方式，前述外部输入的功放调制脉冲(TTL)的脉宽范围为:80?150ns，而PIN开关电路的工作脉宽仅有30?100ns，功放需要更快的调制速度，其上升下降沿在4ns以内，才能最终保证输出脉冲波形不失真。
[0042]图5所示为图1实施例中功放驱动电路中MOSFET的电路原理示意图，本实施例中，MOSFET晶体管选用EL7158型，如图5所示，本实施例中供方驱动电路的关键位调制电路，采用MOSFET晶体管，其调制上升下降沿为2ns，具有峰值12A电流驱动能力。
[0043]表I为本实施例Ku波段开关功放组件主要性能参数的测试结果。
[0044]表I
[0045]
?时序I时序2技术符合
输出端口Outl 0ut2 Outl 0ut2 要求情况
+23°C输出峰值功率(dBm) 31.25 31.31 31.31 31.37 30-33 符合 +70°C输出峰值功率(dBm) 30.41 30.33 30.33 30.32 30-33 ^~
-40°C输出峰值功率(dBm) 31.84 31.92 31.90 31.82 30?33 符合
输出驻波L29 — L32 — <L4~
开关隔离度(dB)9090909U >80 符合上升/F降沿(ns)1.8/2.01.9/2.1<4 符合
波形展宽(ns)+13+IA<4~
[0046]从表I可以看出，Ku波段开关功放组件采用开关调制和功放调制相结合的技术手段，实现了功放射频信号在发射与非发射状态下，可达80dB以上的高隔离度，甚至达到90dB左右，输出脉冲上升/下降沿小于3ns的超高速响应。
[0047]本实施例的Ku波段开关功放组件工作时，其产生的热量主要来自GaAs功率丽1C。由于功放组件是一个全封闭的金属体，其工作时产生的热量主要通过传导和辐射的方式流动到外界环境中。两种热传递方式中传导占据较大的比重。通过结构优化设计，使功放组件工作时GaAs功率MMIC产生的热量能及时传递到功放组件金属壳体表面是非常关键的。本实施例的Ku波段开关功放组件在制作时，可在GaAs功率MMIC安装面底部预留较厚的金属层，使其工作时产生的热量能及时传递到功放组件金属壳体表面。与微波引信散热层进行快速的热交换，保证整个功放组件工作的稳定性。
[0048]虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型所属【技术领域】中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
【权利要求】
1.一种Ku波段开关功放组件，其特征在于，包括盒体和位于盒体内的PIN开关电路、微波放大电路、电源/控制电路，输入信号经过所述PIN开关电路调制后，输出至所述微波放大电路，该微波放大电路对输入的信号进行有源功率放大和功分处理后，产生两路信号输出，其中:所述PIN开关电路包括一偏置电路以及多个级联的PIN开关，外部PIN开关调制脉冲经过该偏置电路进行脉冲压缩、加速及高频扼流后施加到PIN开关上，对所述输入信号进行调制；所述微波放大电路由依次连接的微波有源放大器、隔离器及功分器组成，隔离器位于微波有源放大器和功分器之间的微带传输线上；所述电源/控制电路为所述微波放大电路提供稳压、负电保护及驱动信号。
2.根据权利要求1所述的Ku波段开关功放组件，其特征在于，所述PIN开关为PIN二极管，各PIN 二极管之间的间距等于λ/4，λ为工作频段内信号在所述微带传输线上传输的波长。
3.根据权利要求1所述的Ku波段开关功放组件，其特征在于，所述偏置电路由脉冲压缩电路、脉冲加速电路以及高频扼流电路组成，脉冲压缩电路将外部PIN开关调制脉冲进行脉冲压缩后，进入脉冲加速电路的输入端，高频扼流电路的一端连接至脉冲加速电路的输出端，其另一端连接至所述多个级联的PIN开关。
4.根据权利要求3所述的Ku波段开关功放组件，其特征在于，所述脉冲压缩电路由一电感组成，所述脉冲加速电路由一电容与电阻并联形成，并与前述电感串联，所述高频扼流电路包括一接地电容和一个扼流电感，接地电容的一端接地，另一端与扼流电感连接，扼流电感的另一端连接至所述多个级联的PIN开关。
5.根据权利要求1所述的Ku波段开关功放组件，其特征在于，所述多个级联PIN开关的两端还分别连接有视频短路线，视频短路线的一端接地，另一端连接至所述多个级联的PIN开关。
6.根据权利要求1所述的Ku波段开关功放组件，其特征在于，所述多个级联的PIN开关在所述盒体内分腔式分布，分布在至少2个腔体内。
7.根据权利要求1所述的Ku波段开关功放组件，其特征在于，所述功分器为Wilkinson 功分器。
8.根据权利要求1所述的Ku波段开关功放组件，其特征在于，所述微波有源放大器为GaAs 功率 MMIC。
9.根据权利要求8所述的Ku波段开关功放组件，其特征在于，所述电源/控制电路由稳压电路、负电保护电路、功放驱动电路组成，其中，前述稳压电路采用集成稳压器将外部输入的电源电压转换成前述负电保护电路、功放驱动电路和微波放大电路所需的工作电压，前述负电保护电路采用晶体三极管串联保护电路，外部功放调制脉冲输入到前述功放驱动电路中，使其输出的供电脉冲随着功放调制脉冲变化。
10.根据权利要求9所述的Ku波段开关功放组件，其特征在于，所述功放驱动电路包括一与非门电路以及一MOSFET晶体管,该与非门电路由一第一输入电压15V经所述稳压电路稳压后进行供电，前述MOSFET晶体管由所述第一输入电压15V经所述稳压电路、负电保护电路后进行供电，所述非门电路接收外部输入的功放调制脉冲并输出控制信号至MOSFET晶体管，MOSFET晶体管的输出连接至所述GaAs功率丽IC的漏极，所述GaAs功率丽IC的栅极电压由一第二输入电压-15V经一分压电路提供。
【文档编号】H03F3/20GK203942501SQ201420391704
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】雍定超, 邹光胜, 朱承昆, 刘墩文, 何树华, 穆铁军, 李文学, 孙强, 姚玲玲, 车里木格 申请人:南京誉葆科技有限公司