本发明涉及一种广泛应用于现代卫星通信、移动通信、雷达，以及各种工业装备中输出功率大于200w的微波固态功率放大器，尤其是输出频率为2010-2130mhz，连续波输出1db压缩点为200w的固态功率放大器插箱。
背景技术
微波功率放大器作为发射机单元中至关重要的部件在许多微波电子设备和系统中广泛应用，如现代无线通信、卫星收发设备、雷达、遥测遥控系统等。微波固态功率放大器具有体积小、工作电压低、稳定性高、良好的可重复性等优点在许多领域倍受青睐，如遥测遥控发射机系统中的功率放大器单元。遥测发射机系统自身的特点对功率放大器提出了严格的技术指标要求：(1)高可靠性。在宽温度范围内、高振动、冲击、离心、低气压等恶劣条件下能安全、可靠地工作。(2)高效率。发射机系统中，功率放大单元是主要的耗电设备之一。连续波固态功率放大器一般是指利用a类或ab类硅金属氧化物场效应管或砷化镓金属半导体场效应管经合成达到一定功率的功率放大设备。目前千瓦以下固态功率放大器已经逐步取代相同级别的真空管放大器，成为市场主流。由于场效应管放大器的单管增益和输出功率较小，所以大功率的同态功放一般都采用多管级联和多管合成的技术，即功率合成技术。功率合成受单元间相位及幅度一致性影响很大，各端口之间的匹配、隔离、插损对合成效率也有影响为避免系统间相互干扰，提高系统的电磁兼容性，功率放大器的带外抑制和谐波抑制要求苛刻。体积小，质量轻。所有这些技术指标要求均增大了遥测发射机系统中固态功率放大器的设计难度。我国航天测控任务大多都在s频段(发射2025-2120mhz，接收2200-2300mhz)开展，航天测控作用距离远，需要发射大功率进行目标探测，s频段大功率发射机一般有速调管和固态功放两种，和速调管比起来，固态功放具有工作电压低，成本低，维修性好，可靠性高，工作带宽宽等优点，近年来固态功放有取代速调管的趋势。尽管固态功率放大器发展越来越成熟，但在其研制过程中还是有一些难点，如单管输出功率不足，功放的效率较低，增益对温度敏感等问题。
技术实现要素：
为解决单个功率管输出功率不足，同时解决固态功放散热难，增益对温度敏感等问题，本发明公开一种s频段输出功率高，质量轻，易于散热的200w固态功放器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种s频段功率放大器，包括：安装在插箱内部的固态功放模块，连接监控单元的5v电源模块及ac/dc电源模块，监控单元，直流风机以及散热片，其特征在于：固态功放模块输入口和输出口设有隔离器，输入信号经输入口隔离器将其输入驻波降到1.3以下后送到温度补偿电路，信号经过温度补偿后送入驱动芯片放大，放大后的信号经过2次功分后分别送到并联的4个功率芯片，经功率芯片放大后的信号再经过两次功率合成后送到输出口隔离器，输出信号经微带转同轴电路输出，微带转同轴电路同时耦合正向和反向功率送入监控单元进行监测。监控单元除监测功率信息外，同时监测大功率ac/dc电源电流信息，并将监测到的信息上报到系统监控单元。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
输出功率高。本发明在固态功放模块的输入输出口增加隔离器，提高功率合成器端口的隔离度和端口匹配度与一致性，这样会很大程度的提高合成效率。输入输出口增加隔离器将其输入输出驻波降到1.3以下，可有效降低由于输入输出失配造成的增益降低及反射功率的增大。针对环境温度发生变化时功放增益会随之变化的现象，本发明在固态功放模块电路内部增加了温度补偿电路，使电路增益随环境温度变化而微弱变化。本发明固态功放器连续波输出1db压缩点大于200w，增益大于20db，增益随温度变化小于2db。
效率高，质量轻，易于散热。本发明可以采用标准4u插箱机壳尺寸(长550mm宽485mm高180mm)的插箱，插箱机壳内每个模块均为独立模块，插箱内射频信号使用低损耗同轴电缆传输，方便了调试及更换。除了进风口和出风口外，整个插箱机壳其余全为密闭空间，固态功放模块为屏蔽结构，可以实现电磁信号的空间隔离，封闭的机壳结构使电磁屏蔽效果更好。散热系统为散热硅胶，插片式钎焊散热器采用高效散热器与模块底板焊为一体的结构形式，利于功放散热，同时在插箱机壳内设易于散热风道以及抽风式直流风机，避免了热量堆积，使功放本身的热阻大幅下降，进而在同等的散热条件下，可改善发射机本身工作时的热状态，在-40℃到60℃范围内，增益变化小于2db，散热效率高，质量轻。在电路中增加了温度补偿电路使电路增益对温度变化不敏感。当稳定输出功率为200w时，插箱机壳内部温度低于30℃，进而解决了固态功放模块散热难的问题。
本发明可用于航天测控地面站，也可用于需要大功率发射机的通信场合。适用于s频段连续波100mhz带宽的微波功率放大器，180w-500w的固态功率放大器。
附图说明
图1是本发明s频段功率放大器插箱的结构原理框图。
图2是图1固态功放模块的电路原理示意图。
图3是图2固态功放模块合成分配网络相位合成关系示意图。
图4是图1插箱散热系统结构原理示意图。
图5是本发明s频段功率放大器插箱主视图。
图中：1-1固态功放模块，1-2散热片，1-3监控单元，1-45v的电源模块，1-5ac/dc电源。3-1第一90°电桥合路器，3-2第二90°电桥合路器，3-3第三90°电桥合路器，3-a第一功率芯片3-b第二功率芯片，3-c第三功率芯片，3-d和第四个功率芯片，3-4第四90°电桥合路器，3-5第五90°电桥合路器，3-6第六90°电桥合路器接。4-1固态功放模块，4-3ac/dc大功率电源，4-4监控板，4-5散热片。5-1风机为直流风机，5-2输入射频信号端，5-3输出射频信号输出端，5-4输入220v交流电，5-55v直流电源模块，5-6ac/dc大功率电源模块，5-7监控单元，5-8200w固态功放模块，5-9安装把手。
具体实施方式
参阅图1。在以下描述的实施例中，一种s频段功率放大器插箱，包括：安装在插箱机壳中的固态功放模块1-1，监控单元1-3，5v的电源模块1-4和ac/dc电源1-5，散热片1-2。ac/dc电源的输出端连接固态功放模块，220v交流电输入后接5v电源模块及ac/dc电源的交流入，5v电源模块的5v输出接监控单元的供电接口。射频信号从固态功放模块输入口输入，射频输入信号通过输入口隔离器将其输入驻波降到1.3以下送入固态功放模块。固态功放模块将输入信号放大到200w以上并将自身的温度、输出功率和反射功率信息送入监控单元，放大后的信号经固态功放模块输出口微带转同轴n型头输出射频信号。为利于功放散热，固态功放模块1-1和ac/dc电源1-5紧贴插片式散热片散热器，散热器散热片分别与固态功放模块及ac/dc电源底板焊为一体，插箱机壳内设计了易于散热的风道以及抽风式直流风机1-6，直流风机连接监控单元1-3。
本实施例插箱包含了固态功率输出模块，大功率ad/dc电源模块，5v电源模块，监控板，直流风机，散热片，所有模块安装在一个标准(4u长550mm宽485mm高180mm)机箱中，热量通过风道从后面板散出。
参阅图2。在固态功放模块中，射频信号从固态功放模块rfin端输入，输入信号经过隔离器后送到温度补偿电路，信号经温度补偿电路串联的驱动芯片输入串联功分器，串联功分器输出信号再经过两个并联功分器一分为二，被两个并联功分器功分为4路输出信号，4路输出信号分别送给与上述两个并联功分器输出端对应的4个并联功率芯片，4个功率芯片将信号放大后通过共端相连的合路器合为1路送入输出端隔离器，输出信号经过耦合器耦合出正向和反向两路功率监测信号，功率监测信号被送入插箱监控单元中进行监控。
本实施例采用的功率管单管输出为60w，单管功率管输出后再经过2次二合一合成200w。
参阅图3。在固态功放模块中，射频信号输入经过第一90°电桥合路器3-1，第一90°电桥合路器3-1输出端口接第二90°电桥合路器3-2和第三90°电桥合路器3-3输入端，第二90°电桥合路器3-2的输出端分别接第一功率芯片3-a和第二功率芯片3-b，第三90°电桥合路器3-3的输出端分别接第三功率芯片3-c和第四个功率芯片3-d。第一功率芯片3-a和第二功率芯片3-b的输出端接第四90°电桥合路器3-4、第三功率芯片3-c和第四个功率芯片3-d的输出端分别接第五90°电桥合路器3-5输入端，第四90°电桥合路器3-4的-90°端和第五90°电桥合路器3-5的-180°端第六90°电桥合路器接3-6，第六90°电桥合路器接3-6的-180°输出端接射频输出，从而形成固态功放模块合成分配网络。90°电桥合路器端口驻波与隔离度都比较好，微带线比较宽，功率容量大，同时可根据输出功率的大小外接大功率负载电阻以达到较大的功率容量，除此之外，负载失配对功放的影响不大。为了保证合成效率，多次仿真调试后使其公分两端输出相位相差90°。
参阅图4。在以200w固态功放插箱机壳实施例中，插箱机壳内射频信号使用低损耗同轴电缆传输，监控线通过导线与监控板连接，固态功放模块为屏蔽结构，可以实现电磁信号的空间隔离。针对固态功放的散热问题，固态功放插箱机壳内部布局风道以及安装在固态功放模块及ac/dc大功率电源模块之间的散热片构成的插箱散热系统。固态功放模块4-1及ac/dc大功率电源4-3固定在插箱底部，固态功放模块4-1及ac/dc大功率电源4-3固定在插箱底部，散热片4-5固定在固态功放模块4-1固定在ac/dc大功率电源4-3之间，监控板4-4固定在固态功放模块4-1及ac/dc大功率电源4-3旁边，5v电源模块4-7固定在ac/dc大功率电源4-3旁边紧挨机箱侧壁。在固态功放模块和大功率电源模块和散热片之间涂抹导热硅胶，模块产生的热量会及时传到散热片。当功放输出200w时，功放的发热功率为540w，散热采用抽风方式的风机将热量抽出，假定环境温度为28℃，风机出风口的温度为40℃时空气的密度ρ为1.128kg/m3；空气的比热cp＝1005j/kg*℃,则系统需求的总风量为：
q＝w/(ρ*cp*δt)
＝540/(1.128*1005*(40-28))＝0.04m3/s＝142.9m3/h.
经过计算，使用1个w1g180-ab47-01型混流风机即可满足散热要求,该风机最大直径φ200mm,最大风量925m3/h，留有很大裕量。
参阅图5插箱顶视图。各模块安装位置如图5所示位置，风机为直流风机5-1，固定在插箱的后部，输入射频信号端5-2为输入信号连接器，本实施例使用输入连接器的型号为sma-kfk。输出射频信号输出端5-3为输出信号连接器，本实施例使用输出连接器的型号为n-kfk。5-4为220v～电源连接器，本实施例使用y50dx-1204tk2。5-2，5-3，5-4均固定在插箱后部。5-5为5v直流电源模块，固定安装在插箱右后位置，5-6为ac/dc大功率电源模块，5-6紧邻5-5安装在5-5左边位置，5-7为监控单元，5-7安装在5-6前面靠前面板位置，5-8为200w固态功放模块，5-8安装在紧靠插箱左边位置，把手5-9安装插箱前面板靠近边缘位置。
最终达到的指标为：在2010mhz-2130mhz范围内，输出连续波1db压缩点大于200w，功率增益大于20db，在-40℃到+60℃温度范围内，增益波动小于±2db，输出200w时幅相变化小于3°/db。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。