一种支持热插拔的功率放大器模块的制作方法

本实用新型涉及卫星通信、微波通信和散射通信领域，特别是涉及一种支持热插拔的功率放大器模块，可广泛应用基于空间功率合成的功率功率放大器系统中。

背景技术：

近年来，随着无线通信技术的迅速发展，对功率放大器的带宽、效率以及输出功率的要求也与日俱增。然而固态功率器件受自身半导体物理特性的影响以及加工工艺、散热、阻抗匹配等问题的限制，器件输出功率非常有限，而且工作频率越高，单芯片输出功率水平越低。因此人们采用多个固态功率器件进行功率合成，有效提高功率放大器系统的输出功率。

传统的电路合成技术采用威尔金森电桥、分支线电桥、lange桥等功分/合成网络，应用广泛，但平面传输线损耗大，合成效率随合成网络级数增加显著下降，因而限制了放大器的数量，无法满足高效率和大功率的要求。近年来提出的空间功率合成技术具有合成效率高的优点，适合多个功率放大器模块合成得到大功率。

在大功率功率放大器系统中，为了保证系统稳定工作，要进行冗余设计，以保证在某个功率放大器模块损坏的情况下保证系统正常工作。同时还需要在系统工作不中断的情况下进行损坏模块的更换。因此需引入支持热插拔的功率放大器模块。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种支持热插拔的功率放大器模块，解决了现有技术中单个功率器件输出功率低，模块不支持热插拔、系统冗余性差的缺点。该放大器具有支持热插拔、体积小、效率高、可编程的特点。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案来实现：一种支持热插拔的功率放大器模块，包括功率放大器1；所述的功率放大器1包括监控单元电路101、射频放大电路102、输出功率检测电路103、输入功率检测电路104、状态指示电路105和温度检测电路106；

所述的监控单元电路101的电源输入端口与外部电源相连接；IIC出入端口分别与输出功率检测电路103、输入功率检测电路104、状态指示电路105和温度检测电路106的IIC通信出入端口相连接；28V电源输出端口和-5V电源输出端口分别与射频放大电路102的28V电源输入端口和-5V电源输入端口一一对应相连接；485通信出入端口与上位机相连；

射频放大电路102的射频输入端口连接外部射频输入，射频输出端口与外部相连；输入功率采样信号输出端口与输入功率检测电路104的采样信号输入端口相连；输出及反射功率采样信号输出端口与输出功率检测电路103的采样信号输入端口相连。

其中，监控单元电路101包括中央处理器111、热插拔管理电路112、IIC接口电路113、485接口电路114和电源转换电路115；

中央处理器111的电平控制输出端口与热插拔管理电路112的控制输入端口相连接；第一I/0出入端口通过485接口电路114的485通信出入端口与上位机相连；第二I/0出入端口通过IIC接口电路113的IIC出入端口分别与热插拔管理电路112、输出功率检测电路103、输入功率检测电路104、状态指示电路105和温度检测电路106的IIC通信出入端口相连接；

热插拔管理电路112的电源输入端口与外部电源相连；28V电源输出端口与射频放大电路102的28V电源输入端口相连；

电源转换电路115的电源输入端口与外部相连；-5V电源输出端口与射频放大电路102的-5V电源输入端口相连；3.3V电源输出端口与中央处理器111的电源输入端口相连。

其中，射频放大电路102包括驱动级功放模块121、分路器122、第一末级功放模块123、第二末级功放模块124、合路器125、输出端耦合器126和输入端耦合器127；驱动级功放模块121的输入端口接收外部输入的射频信号，输出端口与分路器122的输入端口相连；分路器122的相对0°输出端口与第一末级功放模块123的输入端口相连；分路器122的相对90°输出端口与第二末级功放模块124的输入端口相连；第一末级功放模块123的输出端口与合路器125的相对90°输入端口相连，第二末级功放模块124的输出端口与合路器125的相对0°输入端口相连；合路器125的输出端口与外部相连；输入端耦合器127与摄入功率检测电路104的采样信号输入端口相连；输出端耦合器126与输出功率检测电路103的采样信号输入端口相连。

其中，还包括高低频混装连接器组件2、散热器3和功放模块托壳4；功率放大器1、高低频混装连接器组件2和散热器3固定在功放模块托壳4上，功率放大器1与高低频混装连接器组件2相连接。

其中，分路器122和合路器125分别通过3dB电桥耦合器作为平面功率分配合成网络。

本实用新型利用平面功率合成结构对输入射频信号进行分路，将分路后的信号进行放大，然后采用同样的平面合成结构将放大后的信号合成并输出，可实现大功率输出，同时具有高的合成效率。

本实用新型采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

(1)本实用新型含有热插拔电源管理电路，可以保证在热插拔的情况下功率放大器稳定工作，保护功率放大器模块不受冲击电流的损害。

(2)本实用新型内嵌监控电路，对功率放大器的状态进行实时监控，可通过RS485接口与上位机通信。

(3)本实用新型采用平面功率合成技术，增大了功率放大器输出功率，增加了功率合成效率；采用热插拔管理技术增加了系统的可靠性；采用内嵌中央处理器的方式提高了功率放大器的编程性。

附图说明

图1是本实用新型的功率放大器的立体示意图；

图2是本实用新型的功率放大器模块的组成框图；

图3是本实用新型的监控单元电路的组成框图；

图4是本实用新型的射频放大电路的组成框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型的一种支持热插拔的功率放大器模块，包括功率放大器1、高低频混装连接器组件2、散热器3和功放模块托壳4。功率放大器1、高低频混装连接器组件2和散热器3用螺钉固定在功放模块托壳4上。功放模块托壳4的输出、电源及通信接口在同一侧，整个模块可通过安装导轨和销钉定位，方便与合路器及机箱母板连接。散热器3直接与功率放大器1连接用于功率放大器1散热。

图2所示为本实用新型的功率放大器模块的组成框图，所述的功率放大器1包括监控单元电路101、射频放大电路102、输出功率检测电路103、输入功率检测电路104、状态指示电路105和温度检测电路106；

所述的监控单元电路101的电源输入端口与外部电源相连接；IIC出入端口分别与输出功率检测电路103、输入功率检测电路104、状态指示电路105和温度检测电路106的IIC通信出入端口相连接；28V电源输出端口和-5V电源输出端口分别与射频放大电路102的28V电源输入端口和-5V电源输入端口一一对应相连接；485通信出入端口与上位机相连；

射频放大电路102的射频输入端口连接外部射频输入，射频输出端口与外部相连；输入功率采样信号输出端口与输入功率检测电路104的采样信号输入端口相连；输出及反射功率采样信号输出端口与输出功率检测电路103的采样信号输入端口相连；

射频放大电路102完成对输入信号的功率放大，监控单元电路101与输入输出功率检测电路104、103、温度检测电路106、状态指示电路105相连，监控整个功率放大器1的工作状态并指示功率放大器工作状态，并上报上位机，接收上位机的控制。

图3是监控单元电路的组成框图。监控单元电路101包含中央处理电路111、热插拔管理电路112、IIC接口电路113、485接口电路114、和电源转换电路115。

中央处理器111的电平控制输出端口与热插拔管理电路112的控制输入端口相连接；第一I/0出入端口通过485接口电路114的485通信出入端口与上位机相连；第二I/0出入端口通过IIC接口电路113的IIC出入端口分别与热插拔管理电路112、输出功率检测电路103、输入功率检测电路104、状态指示电路105和温度检测电路106的IIC通信出入端口相连接；

热插拔管理电路112的电源输入端口与外部电源相连；28V电源输出端口与射频放大电路102的28V电源输入端口相连；

电源转换电路115电源输入端口与外部相连，-5V电源输出端口与射频放大电路102的-5V电源输入端口相连；3.3V电源输出端口与中央处理器111的电源输入端口相连。其中中央处理器111的型号为C8051F502。

其中热插拔管理电路112通过检测精密采样电阻上的电流值，控制外置N沟道场效应管的导通深度来限制输入电流，从而保证模块在热插拔的过程中功放模块及系统的稳定工作，不受冲击电流的损害，同时检测+28V电源的电压、电流，并完成功放上电时的时序保护；电源转换电路115完成+28V至中央处理电路111所需电压3.3V及射频放大电路102所需栅压-5V的电源变换。IIC接口电路113作为模块内部的通信总线，完成MCU和热插拔管理电路112、输出功率检测电路103、输入功率检测电路104、温度检测电路106和状态指示电路105之间的通信，485接口电路完成MCU与上位机之间的通信。

图4是射频放大电路的组成框图，包括驱动级功放模块121、分路器122、第一末级功放模块123、第二末级功放模块124、合路器125、输出端耦合器126和输入端耦合器127；射频输入信号经过驱动级功放模块121放大后由分路器122分成两路幅度相等相位相差90度的信号分别送至第一末级功放模块123和第二末级功放模块124，经放大后由合路器125合路后送至功放输出，输入端耦合器127将输入功率采样信号输出至输入功率检测电路104的采样信号输入端口；输出端耦合器126将输出功率和反射功率采样信号输出至输出功率检测电路103的采样信号输入端口。

本实用新型的简要工作原理：

功率放大器采用平面功率合成方式完成功率的合成放大，引入热插拔控制电路，对热插拔过程中产生的冲击电流进行抑制，对功放模块进行保护，采用内嵌监控单元的方式检测功放的工作状态，并接受上位机的控制，实现功放模块的可编程化。