CN106712722A - 一种新型分离设计的宽带固态功率放大器 - Google Patents

一种新型分离设计的宽带固态功率放大器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型分离设计的宽带固态功率放大器，包括采用独立模块化设计功率分配器、功率放大器、功率合成器。功率放大器设置于散热器的上侧表面和下侧表面，所述功率分配器设置于散热器的前侧，功率合成器设置于散热器的后侧，所述抽风机设置于散热器的前侧，吹风机设置于散热器的后侧。本发明提供的新型分离设计的宽带固态功率放大器，仪器整机的适应性高，散热效率高，有效降低了功率放大器温升，生产、调试、装配、维护方便。

Description

一种新型分离设计的宽带固态功率放大器
技术领域
本发明涉及一种新型分离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。在单个器件输出功率有限的情况下，采用多个固态器件通过先多路功率分配，再各支路分别功率放大，最后再由多路功率合成的技术方案是提高系统输出功率的有效方法。而目前国内外功率分配及合成技术所遇到的普遍问题是如何进一步有效地提高功率分配及合成效率、提高可靠性、增大工作带宽及提高功率容量等。
传统的基于功率分配、功率放大和功率合成三者一体化设计和一体化加工的方案中，由于受到一体化设计及加工的限制，其功率放大部分的外形结构无法自由选择，同时，由于受到功率分配器及功率合成器的外形尺寸限制，其最大外形尺寸只能与功率分配器及功率合成器相匹配，大大限制了其散热结构的设计自由度。由于散热面积无法做到与射频功率的等比例增长，因此，其射频输出功率已经无法满足更大功率的要求。
发明内容
针对现有技术中射频输出功率已经无法满足更大功率的要求问题，提供了一种新型分离设计的宽带固态功率放大器。
一种新型分离设计的宽带固态功率放大器，包括：依次连接的射频输入端口、功率分配器、功率放大器、功率合成器、输出端耦合器、射频输出端口，还包括散热器、抽风机和吹风机，所述功率分配器、功率放大器、功率合成器采用独立模块化设计。
功率分配器中有多个等幅同相功分支路，功率放大器中有多个独立的放大支路，各功分支路通过高相位一致性的等长同轴电缆与功率放大器连接，各放大支路通过高相位一致性的等长同轴电缆与功率合成器连接。
功率放大器设置于散热器的上侧表面和下侧表面，所述功率分配器设置于散热器的前侧，功率合成器设置于散热器的后侧，所述抽风机设置于散热器的前侧，吹风机设置于散热器的后侧。
功率放大器产生的热量经散热器的上侧表面和下侧表面传导到散热器内部，在吹风机和抽风机的作用下散热器内部形成空气流通通道，外部空气由吹风机作用下从散热器的后侧进入内部后经抽风机作用下从散热器的前侧抽出，散热器内部的热量随空气流通扩散出去。
在上述方案基础上，散热器包括散热基板、散热翅片和热管，散热基板(41)共两件，分别位于散热器的上部和下部，散热翅片设置于两件散热基板中间并与两件散热基板连接，热管一段镶嵌于散热基板的表面另一段穿插镶嵌于散热翅片中，热管并排设置多根。
优选的，所述功率放大器共四件，其中两件设置于散热器的上侧表面，另外两件设置于散热器的下侧表面，功率放大器与散热器之间涂有低热阻的材料。
优选的，所述抽风机和吹风机各有两台，并排安装于所述散热器的前侧和后侧。
在上述方案的基础上，各放大支路中设置有幅相调节器。
本发明的有益效果：
1.通过采用模块化思路，将功率分配器、功率放大器与功率合成器分别单独设计，散热器、功率放大器结构设计自由度不再受限于原一体化设计的结构尺寸，是提高散热效率、降低功率放大器温升的前提。
2.散热器采用热管立体分布的新型散热结构、将功率放大部分置于热管散热器表面以及采用前吹风后抽风相结合的通风风道等多种途径，大大提高了功率放大器的散热效率。
3.各功率放大单元支路具有独立的射频输入输出接口和幅相调节器，可以实现对每一路信号的相位进行分别测试和调整，从而最大限度地减小了功率合成中由于各合成单元支路的相位差导致的合成效率的降低。
4.通过制作多种规格的独立设计的功率分配器、功率放大器、功率合成器，各模块独立调试，根据不同的工作频率和输出功率要求，灵活调整不同规格的模块组合和功率分配、功率放大与功率合成的路数，提高了仪器整机的适应性，提高了生产、调试、装配、维护的效率。
附图说明
图1是本发明的新型分离设计的宽带固态功率放大器的整体结构示意图；
图2是本发明的新型分离设计的宽带固态功率放大器中散热器结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案做进一步说明。
一种新型分离设计的宽带固态功率放大器,如图1所示，包括依次连接的射频输入端口6、功率分配器1、功率放大器2、功率合成器3、输出端耦合器5、射频输出端口7。还包括散热器4、抽风机45和吹风机44，其中，功率分配器1、功率放大器2、功率合成器3采用独立模块化设计。
通过采用模块化设计，将有源功率放大模块与无源功率分配模块、功率合成模块独立分开，散热器、功率放大器结构设计自由度不再受限于原一体化设计的结构尺寸，功率放大器2和散热器4的外形结构可以自由选择，是提高散热效率、降低功率放大器温升的前提。
所述功率分配器1中有多个等幅同相功分支路，功率放大器2中有多个独立的放大支路，各功分支路通过高相位一致性的等长同轴电缆与功率放大器2连接，各放大支路通过高相位一致性的等长同轴电缆与功率合成器3连接。
通过制作多种规格的独立设计的功率分配器、功率放大器、功率合成器，各模块独立调试，根据不同的工作频率和输出功率要求，灵活调整不同规格的模块组合和功率分配、功率放大与功率合成的路数，提高了仪器整机的适应性，提高了生产、调试、装配、维护的效率。
功率放大器2设置于于散热器4的上侧表面和下侧表面，功率分配器1设置于散热器4的前侧，功率合成器3设置于散热器4的后侧，抽风机45设置于散热器4的前侧，吹风机44设置于散热器4的后侧。
在吹风机44和抽风机45的作用下形成通风风道：外部空气由吹风机44作用下从散热器4的后侧进入散热器4内部，后经抽风机45作用下从散热器4的前侧排出。
功率放大器2产生的热量经散热器4的上侧表面和下侧表面传导到散热器4内部，然后随通风风道内的空气流动扩散出去。通过将功率放大器2平放散热器4上、下两侧表面，增大了热源的散热面积，获得更好的散热效果。
为了获得更好的散热效果，所述散热器4包括散热基板41、散热翅片42和热管43，散热基板41共两件，分别位于散热器4的上部和下部，散热翅片42设置于两件散热基板41中间并与两件散热基板41连接，散热翅片42的方向平行于通风风道。热管43，优选的，呈U型，设置有多根。U型热管43的一段镶嵌于散热器4的上部的散热基板41的下表面，另一段穿插镶嵌于散热翅片42中间。散热基板41和热管43之间有导热性良好。散热器4的上部的散热基板41的热量就由热管43的一段传导到处于散热器4中间的另一段上。如图2所示，所述热管43在上部散热基板41上设置有多根，沿散热基板41长度方向上两根U型热管43相对设置，沿散热基板41的宽度方向上，U型热管43并排设置多根。散热器4的下部散热基板41上的热管43采用同样的设置方式。如图2所示，结合高密度散热翅片42及大面积散热基板41，提高了散热器4的热传导效率。通过采用热管43立体分布的新型散热结构，提高了整个散热结构的导热率，从而提高散热效率，进一步降低热场分布梯度，提高热量分布的均匀性，从而提高整机及放大器芯片的工作可靠性。将功率放大器2置于热管散热器4表面以及采用前吹风后抽风相结合的通风风道等多种途径，大大提高了功率放大器的散热效率。
优选的，所述功率放大器2共四件，其中两件设置于散热器4的上侧，另外两件设置于散热器4的下侧。功率放大器2与散热器4之间涂抹低热阻的导热硅脂，提高导热系数。
优选的，所述抽风机45和吹风机44各有两台，分别并排安装于所述散热器4的前侧和后侧。整个结构形成通风风道：空气完全由散热器4的后侧入，从前侧出，大大提升了换热系数。
对于理想的多路合成器，其合成功率为式(1)，其中Pn为各端口的输入功率，θn为第n路信号与第一路信号的相位差。
为提高合成效率，保证各路的输入信号的相位一致性尤为重要，在上述方案基础上，各放大支路中设置有幅相调节器。功率放大器2中，各功率放大单元支路的射频输入输出接口分别各自独立地通过高相位一致性的等长同轴电缆与功率分配器1和功率合成器3连接，幅相调节器设置在每一个功率放大单元支路中射频通路的前端，可以实现对每一路信号的相位进行分别测试和调整，从而最大限度地减小了功率合成中由于各合成单元支路的相位差导致的合成效率的降低。
可理解的是，尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种新型分离设计的宽带固态功率放大器,其特征在于，包括：依次连接的射频输入端口(6)、功率分配器(1)、功率放大器(2)、功率合成器(3)、输出端耦合器(5)、射频输出端口(7)，还包括散热器(4)、抽风机(45)和吹风机(44)，所述功率分配器(1)、功率放大器(2)、功率合成器(3)采用独立模块化设计；
所述功率分配器(1)中有多个等幅同相功分支路，功率放大器(2)中有多个独立的放大支路，各功分支路通过高相位一致性的等长同轴电缆与功率放大器(2)连接，各放大支路通过高相位一致性的等长同轴电缆与功率合成器(3)连接；
所述功率放大器(2)设置于散热器(4)的上侧表面和下侧表面，所述功率分配器(1)设置于散热器(4)的前侧，所述功率合成器(3)设置于散热器(4)的后侧，所述抽风机(45)设置于散热器(4)的前侧，所述吹风机(44)设置于散热器(4)的后侧；
在吹风机(44)和抽风机(45)的作用下形成通风风道，外部空气由吹风机(44)作用下从散热器(4)的后侧进入内部后经抽风机(45)作用下从散热器(4)的前侧抽出，所述功率放大器(2)产生的热量经散热器(4)的上侧表面和下侧表面传导到散热器(4)内部，散热器(4)内部的热量随通风风道内的空气流动扩散出去。
2.如权利要求1所述新型分离设计的宽带固态功率放大器,其特征在于，所述散热器(4)包括散热基板(41)、散热翅片(42)和热管(43)，所述散热基板(41)共两件，分别位于散热器(4)的上部和下部，所述散热翅片(42)设置于两件散热基板(41)之间并与两件散热基板(41)连接，所述散热翅片(42)之间留有供空气通过的空隙，所述热管(43)一段镶嵌于散热基板(41)的表面另一段穿插镶嵌于散热翅片(42)中，所述热管(43)并排设置多根。
3.如权利要求2所述新型分离设计的宽带固态功率放大器，其特征在于，所述功率放大器(2)共四件，其中两件设置于散热器(4)的上侧表面，另外两件设置于散热器(4)的下侧表面，所述功率放大器(2)与散热器(4)之间涂有低热阻的材料。
4.如权利要求3所述新型分离设计的宽带固态功率放大器，其特征在于，所述抽风机(45)和吹风机(44)各有两台，并排安装于所述散热器(4)的前侧和后侧。
5.如权利要求1、2、3或4所述的新型分离设计的宽带固态功率放大器，其特征在于，各放大支路射频通路的前端设置有幅相调节器。
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