一种C波段功放模块及其测试架的制作方法

本实用新型涉及功放模块领域，尤其涉及一种小型化高效率C波段功放模块。

背景技术：

有源相控阵雷达相对于传统体制雷达的优越性众所周知，随着国防发展需求的不断提高，许多雷达逐渐由传统体制转变为采用相控阵的技术，特别是多功能有源相控阵雷达，以其显著的技术特点及巨大的潜在优势为现代雷达的发展开辟了一种新的途径，成为了当今雷达发展的主流。

相控阵体制雷达中相同的接收机和发射机均成阵列排布，其数量很大，往往可达几千个。因此，为减轻自重，降低整机载荷压力，相控阵雷达对其中各个微波器件的小型化、轻量化的要求往往更高。

现有技术同等输出功率的功放模块电路，体积都比较大，不利于整机的集成化设计，并且多采用GaAs器件技术，漏极效率普遍偏低通常小于40％，不能满足用户需求。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是实现一种实现电子装配小型化、轻量化、高性能及低成本集成的C波段功放模块。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种C波段功放模块，所述C波段功放模块包括推动级放大器、末级放大器、级间匹配电路、馈电电路、分压电路和去耦电路，所述C波段功放模块封装于屏蔽腔内，所述C波段功放模块的输入、输出端经由微带线通过金丝键合与外界连接。

所述推动级放大器的输入端连接射频输入，输出端经级间匹配电路连接末级放大器的输入端，所述末级放大器输出端作为射频输出，所述分压电路经第一馈电电路与推动级放大器连接，经第二馈电电路连接至末级放大器输入端，所述去耦电路经第一馈电电路与推动级放大器连接，经第三馈电电路连接末级放大器输出端。

所述功放模块的元器件均制作在同一块电路板上，所述电路板与元器件通过焊料烧结在屏蔽腔内。

所述屏蔽腔的材质为黄铜，表面镀金，表面光洁度小于3.2。

所述推动级放大器由基于GaN工艺制作的单片微波集成电路组成，所述末级放大器由基于GaN工艺的高电子迁移率晶体管组成，所述级间匹配电路为支节线分布参数电路，所述馈电电路为分布参数与集总参数组成的混合电路，所述分压电路为集总参数电路，所述去耦电路为集总参数电路。

一种用于检测所述C波段功放模块的测试架，C波段功放模块的功放模块电路板固定在测试架上，所述测试架两端设有SMA接头，所述SMA接头的内导体焊接在测试架的线路板上，所述电路板的输入、输出端通过金丝键合连接线路板上的输入、输出接口及加电接口。

所述电路板通过螺钉固定在测试架。

所述测试架设有放置功放模块电路板的凹槽。

本实用新型C波段功放模块工作于C波段的小型化高效率的功放模块电路，利用该电路，可实现紧凑空间的C波段信号的信号放大传递。

附图说明

下面对本实用新型说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为C波段功放模块结构框图；

图2为图1中的级间匹配电路电路图；

图3为图1中的馈电电路电路图；

图4为图1中的分压电路电路图；

图5为图1中的去耦电路电路图；

图6为功放模块装配示意图；

图7(A)为测试架侧视图；

图7(B)为测试架俯视图；

图8(A)为功放模块与测试架装配侧视图；

图8(B)为功放模块与测试架装配俯视图；

图9为测试系统框图；

图10为电路仿真测试结果示意图；

图中的附图标记分别为：1.推动级放大器；2.级间匹配电路；3.末级放大器；4.第一馈电电路；5.第二馈电电路；6.分压电路；7.第三馈电电路；8.去耦电路。

具体实施方式

本实用新型制作出的功放模块输出功率为25W(44dBm)以上，漏极效率为45％以上。功放模块封装于一个铜镀金的屏蔽腔内，形成电路模块，输入输出经由微带线并通过金丝键合与外界连接。本实用新型设计了一种C波段的功放模块电路，利用该电路，可实现紧凑空间的C波段信号的信号放大传递。

如图1所示，C波段功放模块包括用于为整个功放模块提供前级增益和推动功率输出的推动级放大器1、用于提供末级增益和将信号放大并输出的末级放大器3、用于使推动级放大器1和末级放大器3处于行波状态减少功率损失的级间匹配电路2、第一馈电电路4、第二馈电电路5、分压电路6、第三馈电电路7 和去耦电路8。

射频信号依次分别通过推动级放大器1、级间匹配电路2和末级放大器3后输出。电压输入信号经过分压电路6分别传递至第一馈电电路4和第二馈电电路5，第一馈电电路4输出至推动放大器的输入端，第二馈电电路5输出端连接在级间匹配电路2和末级放大器3之间。电压输入信号经去耦电路8分别传递至第一馈电电路4和第三馈电电路7，第三馈电电路7输出至末级放大器3的输出端。

为了实现功放模块电路的小型化，推动级放大器1、末级放大器3、级间匹配电路2、馈电电路(包括三个)、分压电路6及去耦电路8均制作在同一块电路板上，如图6所示，该电路板固定于屏蔽腔内，即将该功放模块电路板及其元器件一同通过焊料烧结在屏蔽腔内，构成功放模块。功放模块的输入输出经由微带线通过金丝键合与外界连接，金丝直径为0.0254mm，长度为不长于1mm。

屏蔽腔体为中空腔体，可以半开放式结构(C性管)，也可以是全封闭结构(圆柱形管)，其长度为50mm，宽度为13.5mm，高度为6mm，屏蔽腔的材质为黄铜，表面镀金，表面光洁度小于3.2。

下面对功放模块的各个元器件详细说明：

推动级放大器1作用是为放大模块提供前级增益及推动功率输出推动级放大器1由基于GaN工艺制作的单片微波集成电路(MMIC)组成，该电路由中国电子科技集团公司第13研究所研制，型号为BW251，其增益为20dB，饱和输出功率为36dBm。

末级放大器3作用是提供末级增益并将信号放大至所需大小输出，末级放大器3由基于GaN工艺的高电子迁移率晶体管(HEMT)组成，该晶体管选用的是CREE公司的晶体管，型号为CGH60030D。制作好的放大器增益为9dB，饱和输出功率最大为45.5dBm。

级间匹配电路2作用是使两级放大器尽量处于行波状态，减少功率损失，级间匹配电路2为支节线分布参数电路，其电路拓扑如图2所示，级间匹配电路2由电容C1、C2、C3、电感L和微带线组成，输入信号分别输入到电容C1、C3和电感L，电容C3和电感L接地，电容C1与C2连接，信号经由电容C2输出，所述的微带线一端接在电容C1和C2之间，另一端接地。

馈电电路(第一馈电电路4、第二馈电电路5和第三馈电电路7)为分布参数与集总参数组成的混合电路，作用是为两级放大器分别提供偏置电压，其电路拓扑如图3所示。包括电容C4和微带线组成，输入信号经微带线后输出，电容C4一端连接微带线的输入端，另一端接地。

分压电路6作用是为各个有源器件提供适当的偏置工作点，使其正常工作，分压电路6为集总参数电路，其电路拓扑如图4所示。分压电路6由电阻R1和电阻R2组成，电阻R1与R2串联，R2接地，输入信号由电阻R1输入，输出端由电阻R1与R2之间引出。

去耦电路8作用是去除电源纹波对射频信号产生调制干扰，通常由扼流圈、电解电容及陶瓷片状电容的组合组成。去耦电路8为集总参数电路，其电路拓扑如图5所示。去耦电路8包括电容C5、C6和C7，电容C5、C6和C7的一端分别连接在输入端和输出端之间，另一端接地。

针对上述C波段功放模块，需要一个用于检测的测试架，如图7和8所示，C波段功放模块的功放模块电路板固定在测试架上，为确保固定可靠，测试架设有放置功放模块电路板的凹槽，测试架，两个SMA接头通过4枚M2的螺钉固定在测试架上，并用烙铁和焊锡将SMA接头的内导体焊接在测试架的线路板上。功放模块通过3枚M2的螺钉固定在测试架上，并通过金丝键合连接线路板上的输入输出接口及加电接口。

若C波段功放模块的功放模块已经固定在屏蔽腔内，则将功放模块的输入输出接口及加电接口通过金丝键合连接线路板上的输入输出接口及加电接口，再将屏蔽腔体安装在测试架上，测试夹具长度为90mm，宽度为40mm，高度(包含SMA接头)为16.85mm，SMA接头型号为SMA-KFD47。

测试架的两个SMA接头用于测试时于测试仪器仪表互相连接，将安装好功放模块的测试架与信号源、稳压电源和功率计连接，如图9所示，即可完成放大模块的测试。

按照本发明设计的小型化高效率C波段功放模块的仿真结果如图10所示，工作频率在5.3GHz到5.8GHz的范围内，本发明的输出功率为44.71dBm。

为了验证该设计理论，对按照本发明设计的小型化高效率C波段功放模块进行了测试，工作频率在5.3GHz到5.8GHz的范围内，本发明的输出功率为45.33dB。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。