CN107104645A - 一种基于单巴伦小型功率放大器 - Google Patents

Abstract

一种基于单巴伦的功率放大器，包括多级功率放大单元、匹配网络、单巴伦，所述多级功率放大单元中的每两级放大单元之间设置有匹配网络，最后一级放大单元的输出端与单巴伦的输入端连接，单巴伦的输出端为电路的输出端，第一级放大单元的输入端为电路的输入端。该发明的优点在于：通过单巴伦同时实现阻抗变换及平衡与不平衡转换，在满足指标要求的情况下缩小了功率放大器的体积。

Description

一种基于单巴伦小型功率放大器

技术领域

本发明涉及雷达、通讯、电子对抗系统中发射技术领域，尤其涉及一种基于单巴伦小型功率放大器。

背景技术

功率放大器是将一定工作频率和带宽的微弱射频小信号进行放大的一种装置，其放大的大功率射频信号通过天线装置发射出去，以实现对目标物的探测、测距、对抗、干扰等。功率放大器主要包括驱动级放大单元、末级放大单元、匹配网络、馈电网络、功率检测单元等。

功率放大器作为雷达核心发射装置，由于功率大、温度高等原因，其尺寸、重量、能耗一直制约着雷达系统重量、尺寸及可靠性等指标。随着雷达体制的飞速发展，传统的功率放大器在重量、体积、效率等指标上已不能满足使用要求，尤其在数字阵列模块被广泛应用的大型相控阵雷达中，由于高度集成化的特点的需求，对功率放大器重量、体积、效率提出了新的要求，为了满足新的需求，功率放大器小型化、高效化是其发展的必然趋势。

传统的功率放大器多采用双单巴伦实现平衡与不平衡转换，匹配网络实现阻抗变换，驱动级与末级放大单元之间多采用隔离器实现级联，采用平面结构，体积大、重量大，已不能满足现代雷达对功率放大器小体积、轻重量的要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中功率放大器体积大、重量大的问题，提供一种基于单巴伦的功率放大器。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于单巴伦的功率放大器，包括多级功率放大单元、匹配网络、单巴伦，所述多级功率放大单元中的每两级放大单元之间设置有匹配网络，最后一级放大单元的输出端与单巴伦的输入端连接，单巴伦的输出端为电路的输出端，第一级放大单元的输入端为电路的输入端。

优化的，还包括腔体，所述腔体为立体分层结构，所述多级功率放大单元分成平衡功率放大单元和不平衡放大单元，所述平衡功率放大单元和不平衡放大单元设置在不同层的腔体内，腔体内层间的分层板上设置有过渡孔，两侧电路通过绝缘子穿过过渡孔连接。

优化的，还包括微带可调电感，所述微带可调电感包括多个引出端和接地端，其中的一个引出端连接在匹配网络输入端和功率放大单元的输出端之间。

优化的，所述微带可调电感包括5个引出端。

优化的，电路的输出端和输入端处在腔体上分别设置有输出孔和输入孔，所述输出孔输入孔在厚度方向上为变截面。

优化的，所述多级功率放大单元包括第一功率放大单元PA1、第二功率放大单元PA2、第三功率放大单元PA3。

优化的，还包括电源调制电路，所述第一功率放大单元PA1、第二功率放大单元PA2、第三功率放大单元PA3共用电源调制电路，第一功率放大单元PA1实现漏极调制，第二功率放大单元PA2和第三功率放大单元PA3实现栅极调制。

优化的，所述腔体为两层，通过分层板隔开，所述第一功率放大单元PA1、第二功率放大单元PA2及匹配网络安装在第一层腔体内的分层板上，第三功率放大单元PA3、电源调制电路、功率包络检测电路安装在第二层腔体内的分层板上。

优化的，所述第一层内的电路与第二层内的电路由过渡孔通过垂直互联技术进行电讯连接。

优化的，放大器的输出端的对外接口采用绝缘子，绝缘子与腔体之间使用导电胶连接。

本发明的优点在于：

(1)本发明通过单巴伦同时实现阻抗变换及平衡与不平衡转换，在满足指标要求的情况下缩小了功率放大器的体积。

(2)本发明第一功率放大单元PA1的输出匹配网络与第二功率放大单元PA2的输入匹配网络共用，第二功率放大单元PA2的输出匹配网络与第三功率放大单元PA3的输入匹配网络共用，减少了匹配元件数量，降低了成本，也缩小了功率放大器的体积。

(3)本发明其中还包括：第一功率放大单元PA1、第二功率放大单元PA2、第三功率放大单元PA3共用电源调制电路，其中第一功率放大单元PA1为漏极调制，第二功率放大单元PA2和第三功率放大单元PA3为栅极调制，不仅降低了功率放大器的静噪输出功率，而且缩小了功率放大器的体积。

(4)本发明通过调节微带微调电感，改善了放大器的输出功率带内波动，降低了器材成本。

(5)本发明腔体为立体分层结构，避免了第三功率放大单元PA3的大功率信号对第一功率放大单元PA1、第二功率放大单元PA2的干扰。同时缩小了尺寸。

(6)本发明使用输出孔和输入孔设置成变截面柱体，并且靠近腔体内侧到靠近腔体外侧的截面逐渐变小的的目的是增加一个缓冲空间，可以容纳溢出的导电胶，阻止绝缘子安装过程中导电胶的溢出，避免对绝缘子端子污染，也简化了工艺流程，便于大批量制造。

附图说明

图1是本发明一种基于单巴伦的功率放大器的电路框图。

图2是本发明一种基于单巴伦的功率放大器中的电源模块和调制电路的电路图。

图3是本发明一种基于单巴伦的功率放大器中的前两级放大电路的电路图。

图4是本发明一种基于单巴伦的功率放大器中的第三级放大电路及包括单巴伦的电路图。

图5是本发明一种基于单巴伦的功率放大器中的微带可调电感的示意图。

图6是本发明一种基于单巴伦的功率放大器中输出孔分层腔体结构的示意图。

图7是图6的A-A方向的剖面图。

具体实施方式

本发明提供了一种单巴伦高效小型功率放大器。以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，一种基于单巴伦小型功率放大器，包括第一功率放大单元PA1、第二功率放大单元PA2、第三功率放大单元PA3、匹配网络、电源调制电路、微带可调电感、功率包络检测电路。第一功率放大单元PA1、第二功率放大单元PA2、第三功率放大单元PA3依次通过匹配网络连接。第一功率放大单元PA1的输出匹配网络与第二功率放大单元PA2的输入匹配网络共用，第二功率放大单元PA2的输出匹配网络与第三功率放大单元PA3的输入匹配网络共用。匹配网络的共用减少了匹配元件数量，降低了成本，也缩小了功率放大器的体积。其中第一功率放大单元PA1、第二功率放大单元PA2为不平衡放大单元，第三功率放大单元PA3为平衡放大单元，第三功率放大单元PA3的输出端为不平衡端，为了实现平衡到不平衡转换，第三功率放大单元PA3的输出端与单巴伦的输入端连接，单巴伦的设置同时还实现了一定的阻抗变换。单巴伦的输出端为电路的输出端，第一放大单元PA1的输入端为电路的输入端。

优化的，功率包络检测电路的输入端与单巴伦的输出端连接。功率包络检测电路检测该放大器输出是否正常。

第一功率放大单元PA1、第二功率放大单元PA2、第三功率放大单元PA3共用了电源调制电路，第一功率放大单元PA1实现漏极调制，第二功率放大单元PA2、第三功率放大单元PA3实现栅极调制。不仅降低了功率放大器的静噪输出功率，而且缩小了功率放大器的体积。

具体电路图如图2所示，电源调制电路前端连接有电源模块，其中电源模块包括芯片78M05，将28V电源输入电压转换成5V电压，并将该5V电压给电源调制芯片D1供电，详细的说，电源调制芯片D1的型号为MAX4420，电源调制芯片的第2引脚输入控制信号TTL，经过电源调制芯片D1输出两路调制信号，分别为TTL1和TTL3。电源调制电路还包括电阻R6、电感L1、电阻R7、电容C7。

所述电源模块包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6，电容C1、电容C2、电容C3并联连接在芯片78M05的第一引脚和地之间，第一引脚输入28V电压，第二引脚与地连接，电容C4、电容C5、电容C6并联连接在第三引脚与地之间。

电源调制芯片D1的第一引脚和第八引脚与芯片78M05的第三引脚连接，二引脚通过电阻R6与地连接，第三引脚和第四引脚、第五引脚均与地连接，第六引脚与第七引脚连接作为输出调制信号TTL1，输出调制信号TTL1依次经过电感L1和电阻R7后作为输出调制信号TTL3。输出调制信号TTL1通过电容C7与地连接。

输出调制信号TTL1驱动第一功率放大单元PA1和第二功率放大单元PA2工作，输出调制信号TTL3驱动第三功率放大单元PA3工作。在本实施例中，第一功率放大单元PA1、第二功率放大单元PA2、第三功率放大单元PA3均为LDMOS微波管。

如图3所示，第一级放大电路和第二级放大电路还包括电感L4、电感L5、电感L6、电感L7、电阻R1、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C30、电容C31、电容C32、电容C33、电容C34、电容C35、电容C36。

输出调制信号TTL1依次经过电感L4和电感L5后与第一功率放大单元PA1的漏极连接，该功率放大器的输入端经过电容C33与第一功率放大单元PA1的栅极连接。第一功率放大单元PA1的源级与地连接。

电感L4和电感L5的连接点与地之间连接有电容C30，该连接点经过电阻R15、R16后作为第二功率放大单元PA2的输出调制信号TTL2，输出调制信号TTL2经过电阻R17与第二功率放大单元PA2的栅极连接，第一功率放大单元PA1的漏极与第二功率放大单元PA2的栅极之间还连接有电容C34，第一功率放大单元PA1的漏极与地之间还连接有电感L6，第二功率放大单元PA2的漏极经过电容C35后作为二级放大后的输出端，电感L7和电容C36并联连接在功率放大器输出端与地之间。电容C31、电容C32并联连接在输出调制信号TTL2与地之间。

如图3所示，第三级放大前端和后端的元器件包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R8、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19、电容C20、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电容C25、电容C26、电容C27、电容C28、电容C29、单巴伦T1、单巴伦T2、检波二极管V1。第三放大单元PA3包括第一LDMOS管301和第二LDMOS管302。

第二级放大后的输出端与电阻R8的一端连接，并且通过电容C14与地连接，电阻R8的另一端与单巴伦T1的第一输入端，并且通过电容C15与地连接，单巴伦T1的第二输入端与地连接，单巴伦T1的第一输出端经过电容C17与第一LDMOS管301的栅极连接，单巴伦T1的第二输出端经过电容C18与第二LDMOS管302的栅极连接，单巴伦T1的两输出端之间连接有电容C16，电容C19和电容C20均并联在第一LDMOS管301的栅极和第二LDMOS管302的栅极之间。

输出调制信号TTL3经过电阻R4与第一LDMOS管301的栅极连接，输出调制信号TTL3经过分别通过电容C8和电容C9与地连接，并且依次通过电阻R3和电阻R2后与地连接。第一LDMOS管301的栅极依次通过电容C10和电阻R5与地连接。

输出调制信号TTL3经过电阻R13与第二LDMOS管302的栅极连接，第二LDMOS管302的栅极依次经过电容C21和电阻R14与地连接。

第一LDMOS管301源极和第二LDMOS管302的源极连接后接地。

28V电源经过电感L2给第一LDMOS管301的漏极供电，28V电源分别经过电容C11、电容C12、电容C13与地连接。

28V电源经过电感L3给第二LDMOS管302的漏极供电，28V电源分别经过电容C27、电容C28、电容C29与地连接。

第一LDMOS管301的漏极经过电容C24与单巴伦T2的第一输入端连接，第二LDMOS管302的漏极经过电容C5与单巴伦T2的第二输入端连接，单巴伦T2的第一输出端作为整个功率放大器的输出端，第二输出端接地。

另外单巴伦T2的第一输出端依次经过电阻R10、二极管V1后作为功率包络检测电路的输出端。功率包括检测电路如下：R10一端连接在功率放大器输出端，另一端连接在电阻R11、V1的公共端，R11另一端与地连接，电阻R12一端二极管V1的输出端连接，另一端与地连接。

如图5所示，微带可调电感有5个引出端，1个接地端6，根据需要可以选择微带可调电感的任一引出端与传输线7连接，传输线7为PA1、PA2之间的连接线，实现了对地匹配电感的微调。通过调节微带微调电感，改善了放大器的输出功率带内波动，降低了器材成本。

如图6-7所示，还包括腔体、分层板，所有电路安装在腔体内，腔体为立体分层结构，优化的，腔体为两层，通过分层板隔开，其中第一功率放大单元PA1、第二功率放大单元PA2及其匹配网络安装在第一层腔体内的分层板上，第三功率放大单元PA3、电源调制电路，功率包络检测电路安装在第二层腔体内的分层板上，有效的减少了级间电磁干扰，提高了空间利用率，从而缩小了整个功率放大器的尺寸。

第一层内的电路与第二层内的电路由过渡孔通过垂直互联技术进行电讯连接。

电路的输出端和输入端处在腔体上分别设置有输出孔和输入孔，所述输出孔和输入孔在厚度方向上为变截面。在本方案中输出孔垂直与分层板的截面上为梯形。放大器的输出端的对外接口采用绝缘子，绝缘子与腔体之间使用导电胶连接。输出孔形状设置的目的是增加一个缓冲空间，可以容纳溢出的导电胶，避免对绝缘子端子污染。

通过以上技术，基于单巴伦小型功率放大器实现了输出功率220W，相对带宽25％，带内起伏0.8dB，附加效率55％，谐波抑制30dBC，杂散抑制65dBC。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于单巴伦的功率放大器，其特征在于，包括多级功率放大单元、匹配网络、单巴伦，所述多级功率放大单元中的每两级放大单元之间设置有匹配网络，最后一级放大单元的输出端与单巴伦的输入端连接，单巴伦的输出端为电路的输出端，第一级放大单元的输入端为电路的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种基于单巴伦的功率放大器，其特征在于，还包括腔体，所述腔体为立体分层结构，所述多级功率放大单元分成平衡功率放大单元和不平衡放大单元，所述平衡功率放大单元和不平衡放大单元设置在不同层的腔体内，腔体内层间的分层板上设置有过渡孔，两侧电路通过绝缘子穿过过渡孔连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于单巴伦的功率放大器，其特征在于，还包括微带可调电感，所述微带可调电感包括多个引出端和接地端，其中的一个引出端连接在匹配网络输入端和功率放大单元的输出端之间。

4.根据权利要求3所述的一种基于单巴伦的功率放大器，其特征在于，所述微带可调电感包括5个引出端。

5.根据权利要求2所述的一种基于单巴伦的功率放大器，其特征在于，电路的输出端和输入端处在腔体上分别设置有输出孔和输入孔，所述输出孔和输入孔在厚度方向上为变截面。

6.根据权利要求1所述的一种基于单巴伦的功率放大器，其特征在于，所述多级功率放大单元包括第一功率放大单元PA1、第二功率放大单元PA2、第三功率放大单元PA3。

7.根据权利要求6所述的一种基于单巴伦的功率放大器，其特征在于，还包括电源调制电路，所述第一功率放大单元PA1、第二功率放大单元PA2、第三功率放大单元PA3共用电源调制电路，第一功率放大单元PA1实现漏极调制，第二功率放大单元PA2和第三功率放大单元PA3实现栅极调制。

8.根据权利要求6所述的一种基于单巴伦的功率放大器，其特征在于，所述腔体为两层，通过分层板隔开，所述第一功率放大单元PA1、第二功率放大单元PA2及匹配网络安装在第一层腔体内的分层板上，第三功率放大单元PA3、电源调制电路、功率包络检测电路安装在第二层腔体内的分层板上。

9.根据权利要求8所述的一种基于单巴伦的功率放大器，其特征在于，所述第一层内的电路与第二层内的电路由过渡孔通过垂直互联技术进行电讯连接。

10.根据权利要求1所述的一种基于单巴伦的功率放大器，其特征在于，放大器的输出端的对外接口采用绝缘子，绝缘子与腔体之间使用导电胶连接。