一种新型穿插式设计的宽带固态功率放大器的制作方法

文档序号:11205357阅读:600来源:国知局
一种新型穿插式设计的宽带固态功率放大器的制造方法与工艺

本发明涉及功率放大器技术领域,尤其涉及的是一种新型穿插式设计的宽带固态功率放大器。



背景技术:

随着微波毫米波技术在雷达、制导及通信等领域的广泛应用,对微波毫米波固态功率放大器的带宽、增益及输出功率等指标都提出了越来越高的要求。在较低频段由于受到功率合成器物理尺寸较大的限制,难以将整机做到较小体积;而且随着功率的增大,散热问题更加凸显;多路功率合成的情况下,幅相一致性难以保证,对合成效率造成一定影响。

传统固态功率放大器整机大多采用无源功分合成器和有源功率放大器一体化设计的思路,散热容量受到合成器制约,难以充分利用空间资源,散热效率较低。传统功率放大器采用散热器较为单一,采用一般铝制散热翅片,散热效率受到材料的极大限制。如图1所示,传统功率合成器不同支路电磁信号幅相一致性受器件、加工装配影响较大,无法进行独立调节。

因此,现有技术存在缺陷,需要改进。



技术实现要素:

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种新型穿插式设计的宽带固态功率放大器。

本发明的技术方案如下:

一种新型穿插式设计的宽带固态功率放大器,包括有源功率放大器模块在散热器上下表面分布;多路空间功率合成器穿插在散热器的中间;功率放大器整机的输入信号先通过一个一分四的功率分配器进入到四个有源功率放大器模块中进行放大,再经过多路空间功率合成器合成输出。

上述方案中,所述的散热器为热管三维交叉嵌入式分布,穿插镶嵌于散热器的表面和散热翅片阵列内部。

上述方案中,所述功率放大器模块中的支路设有幅相调节器,用于调节各支路的幅度和相位一致性。

上述方案中,所述多路空间功率合成器的外形为圆柱状,并在散热器中预留圆柱形通孔,将多路空间功率合成器置于散热器中穿插而过。

上述方案中,将多路空间功率合成器、功率分配器与吹风风机和/或抽风风机分别分布于热管散热器的前后两侧。

上述方案中,有源功率放大器模块和多路空间功率合成器之间采用电缆连接,用于进行独立装配和调试,互不干涉。

采用上述方案,不但有效地解决了散热问题,而且大大提高了系统的功率容量。本发明所研制的宽带固态功率放大器整机的适用频率范围可覆盖微波毫米波多个频段,输出功率可根据不同频段的带宽要求和具体的功率器件灵活调整。

附图说明

图1现有技术中的传统功率放大器。

图2为本发明穿插式设计的功率放大器的结构示意图。

图3为本发明插式设计的功率放大器分解结构图之一。

图4为本发明插式设计的功率放大器分解结构图之二。

图5为本发明插式设计的功率放大器中三维交叉嵌入式分布的热管散热器结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明,下面结合附图和具体实施例,对本发明进行更详细的说明。但是,本发明可以采用许多不同的形式来实现,并不限于本说明书所描述的实施例。需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义,本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

本发明提出的新型的穿插式设计的宽带固态功率放大器采用了功率合成器与散热器穿插的结构,充分利用了空间资源;散热器采用了热管三维交叉嵌入式分布,有效提高了散热效率;功率放大器支路设有幅相调节器,可调节各支路的幅度和相位一致性,提高合成效率。如图2-4所示,本发明有源功率放大器模块1在散热器3上下表面分布,共四个;多路空间功率合成器2穿插在散热器3的中间。功率放大器整机4的输入信号先通过一段电缆进入一个一分四的功率分配器,通过功率分配器后的四路信号再进入到四个有源功率放大器模块1中分别再一次进行等幅等相功率分配和放大,且每一个有源功率放大器模块1均为一路输入多路输出,经过放大后的各路大功率信号最后再经过多路空间功率合成器合成,并经耦合器从整机信号输出端输出。其中,一分四功率分配器与4个有源功率放大器模块1的输入端口之间,以及4个有源功率放大器模块的输出端口与功率合成器的输入端口之间,均用射频电缆进行连接。

本专利提出了一种新型的穿插式设计的宽带固态功率放大器,功率合成器与散热器的穿插式分布设计,作为输出通路的功率合成器及耦合器均工作在超宽带状态,其总长度较长,这将会直接导致整机的机身长度加大,为充分利用结构空间,有效减小机身长度,实现整机的紧凑化设计,本发明创新性地提出了一种新型的穿插式设计方案,将功率合成器外形设计为圆柱状,并在散热器中预留圆柱形通孔,将合成器置于散热器中穿插而过。此种设计不但将功率合成器中的热量通过紧密接触的散热翅片迅速散失,而且可以将整机的长度大大缩短,实现了整机结构空间的最优化利用。

本专利提出了基于热管三维交叉嵌入式分布的高效的通风散热技术,如图5所示。该关键技术包含三个方面,首先,通过将功率放大模块置于散热器表面,使得功放芯片的热源通过腔体直接与散热器相接处,最大限度的减少了热阻,提高了散热效率;其次,通过将热管三维立体分布穿插镶嵌于散热器的表面和散热翅片阵列内部,进一步提高了散热器的热传导系数,降低了温度场的分布梯度,最大限度减小了热源到散热翅片的温度差;第三,通过将功率分配与合成器与吹风风机/抽风风机分别分布于热管散热器的前后两侧,最小化散热通道的风阻,大大提高了整个结构的通风效果。

各功率放大单元支路之间的高幅相一致性设计。该放大器整机方案改变了传统的功率放大器整机中,功率分配、功率放大与功率合成的一体化设计,通过将功率放大器模块单独设计与装配,结合每一个功率放大单元支路中的幅相调节器,可以实现各功率放大单元支路的幅度和相位的单独测试与调试,能保证功率合成中各合成支路具有高度的幅度和相位一致性,从而可以大大提高功率的合成效率。本发明的关键点有如下几项:

穿插式结构:将体积较长的功率合成器穿插放置在散热器的中间,可充分利用空间资源,有利于功率放大器的紧凑型小型化发展。

三维交叉嵌入分布的热管散热器:将热管折弯穿插于散热翅片中,可大幅度提高散热器的导热和散热效率。

有源功率放大和无源无源功率合成分体式设计:可实现每个功率放大器模块单独装配与调试,采用幅相一致性调节器调节支路信号幅度和相位,从而有效提高合成效率。

本发明的创新点有如下几项:

功率合成器和散热器穿插结构:功率合成器穿插在散热器中间,可充分利用散热器中间的空间资源,大大缩短了功率合成通路的体积。穿插位置:可根据实际应用需要进行调节,需要时,可将功率分配器和功率合成器同时穿插于散热器中,可实现单支路功率放大器模块的单独调试和装配。三维交叉嵌入式分布的热管散热器结构:将热管折弯穿插在散热翅片中,可将功率放大器的热量均匀分散到整个散热器中,有效提高了散热效率。热管穿插结构:根据实际热源分布情况及应用需要,可选择回旋、交叉、连续折弯等多种形式的三维空间分布方式。有源功率放大和无源功率合成分体式设计:有源功率放大器模块和无源功率合成模块之间采用电缆连接,可进行独立装配和调试,互不干涉。

幅相调节器:分体式的结构设计可实现单支路测试和调节,功率放大器通路上可设置但不限于功率衰减、均衡枝节等幅度和相位调节装置,可保证各支路之间幅相一致性,从而有效提高功率合成效率。本发明着重解决了功率放大器空间布局、大功率散热和高效率多路功率合成的难题,提出了穿插式的功率合成器与散热器的安装方式,有效利用了空间资源;采用了三维交叉嵌入式分布的热管散热器,有效提高了散热效率;有源放大器模块采用单独设计与装配,设置了幅相一致调节器,可以实现对各路功率放大单元的幅度和相位的单独测试和调节,提高了合成效率。

本发明提出了一种新型的基于空间功率分配与合成技术的宽带固态功率放大器。采用具有低损耗、宽频带特性的空间功率分配与合成结构,可以实现灵活的合成路数和输出功率。本发明采用将无源的功率分配与合成结构与有源的功率放大电路分离设计与穿插分布的方案,不但有效地解决了散热问题,而且大大提高了系统的功率容量。本发明所研制的宽带固态功率放大器整机的适用频率范围可覆盖微波毫米波多个频段,输出功率可根据不同频段的带宽要求和具体的功率器件灵活调整。

需要说明的是,上述各技术特征继续相互组合,形成未在上面列举的各种实施例,均视为本发明说明书记载的范围;并且,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

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