CN110708023B - 一种大功率超带宽功放 - Google Patents

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Abstract

一种大功率超带宽功放。本发明主要包含推动放大单元，主功率放大单元，检波器，隔离器、大功率低通滤波器、电源控制及检测单元等。其中推动放大单元由温补及均衡电路、增益放大单元构成。主功率放大单元包含6个3dB的耦合器和4路大功率放大电路，其通过镜像的电路结构实现对信号极性的翻转，从而实现各路信号功率的有效叠加。本发明的大功率超带宽功放，其工作频率范围在2.7～6.2GHz，具有工作频带宽、输出功率大等特点。其能够对来自天线的射频信号完成滤波、放大等功能；对来自上变频模块的小功率射频信号进行功率放大，并输出至天线，并且使得带外谐波抑制达到75dBc，实现在发射功率全温接近100W状态下可靠工作。

Description

一种大功率超带宽功放
技术领域
本发明涉及通讯系统部件领域，具体而言涉及一种大功率超带宽功放。
背景技术
射频功率放大器是无线发射机中非常重要的组成部分，被普遍地应用在无线远程通信、定位导航、卫星通信等系统中。宽带大功率放大单元的设计中，增益、驻波、输出功率和谐波都是系统设计的关键指标及技术难点，其对无线通信系统的通讯质量有显著影响。
现有的研究中，能够利用GaN高电子迁移率晶体管设计工作频段为2-4GHz的高效射频功率放大器。查尔莫斯科技大学DavidGustafsson等人提出了一种工作在1.0-3.0GHz的功率放大器。南京电子技术研究所，运用传统的传输线理论，采用4只GaN芯片进行阻抗匹配，利用切比雪夫宽带匹配原理，实现了S频段输出功率大于65W，相对带宽为30％、效率大于45％的功率放大器。
但是，对于2.7～6.2GHz、带外谐波抑制达到75dBc，并且能够在发射功率全温接近100W状态下可靠工作的大功率放大器，目前还需要可靠解决方案。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种大功率超带宽功放，本发明为避免高增益引起的驻波恶化,采用衰减器、均衡器、温补衰减器、3dB电桥合成等方式改善放大链的级间匹配，并在结构上采用隔腔设计，改善信号串扰，增加射频放大链路的稳定性能够达到2.7～6.2GHz工作带宽，并且使得带外谐波抑制达到75dBc，实现在发射功率全温接近100W状态下可靠工作。本发明具体采用如下技术方案。
首先，为实现上述目的，提出一种大功率超带宽功放，其包括：外壳，其为金属材质的封闭壳体，所述外壳的表面垂直于输入接口与输出接口的两侧面分别排列有多个散热翼片；所述外壳的内部设置有多个隔腔，各所述隔腔内分别设置有：推动放大单元，其连接所述输入接口，用于接收小功率射频信号，对所述小功率射频信号进行温度补偿并调整其信号平坦度。主功率放大单元，其输入端连接所述推动放大单元的输出端，用于：首先，对所述推动放大单元所输出的射频信号进行第一次信号分离，获得2路第一分离信号；然后，对每一路所述第一分离信号分别进行第二次信号分离，获得4路第二分离信号；随后，分别对所述4路第二分离信号进行功率放大，分别获得4路放大信号；最后，将所述4路放大信号分成两组进行第一次功率合成，获得2路第一合并信号，对所述2路第一合并信号进行第二次功率合成，得到大功率输出信号。隔离器，其连接所述主功率放大单元的输出端、检波器与大功率低通滤波器，用于对向所述检波器输出的信号进行隔离；所述检波器对所述隔离器输出的信号进行包络检波输出与信号包络对应的电平。电源控制及检测单元，其输入端连接所述检波器，用于在电源电压高于额定值时切断主供电回路，检测并控制驻波。所述大功率低通滤波器，其连接所述输出接口，输出上述小功率射频信号所对应的大功率低频信号。
可选的，上述大功率超带宽功放，其中，所述推动放大单元包括：增益放大管，其射频输入端与所述大功率超带宽功放的输入接口之间顺次连接有3dB衰减器A1，以及射频滤波电路；所述射频滤波电路包括串联在所述A1输出端与所述增益放大管的射频输入端之间的第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容C1还并联有第一电阻R1，所述第一电阻的两端分别通过两电阻接地，所述第二电容C2与所述增益放大管的射频输入端之间连接有第一电感L1，所述第一电感接地。推动放大器，其输入端与所述增益放大管的射频输出端之间串联有第三电容C3和第四电容C4，所述第三电容C3与所述增益放大管的射频输出端之间连接固定电平，用于将所述增益放大管放大后的射频信号滤波后输入至所述推动放大器进行放大。
可选的，上述大功率超带宽功放，其中，所述增益放大管为PMA3-83LN+；所述推动放大器采用TGA2597-SM。
可选的，上述大功率超带宽功放，其中，所述主功率放大单元中设置有至少6个相同型号的耦合器，其中至少一个所述耦合器用于实现所述第一次信号分离，至少2个所述耦合器用于实现所述第二次信号分离，至少2个所述耦合器用于实现所述第一次功率合成，至少一个所述耦合器用于实现所述第二次功率合成。其中用于第二次信号分离的两个所述耦合器其电路结构镜像对称，用于第一次功率合成的两个所述耦合器其电路结构镜像对称。
可选的，上述大功率超带宽功放，其中，所述主功率放大单元中设置有至少4个大功率放大器，各所述大功率放大器的输入端和输出端分别连接用于第二次信号分离的各所述耦合器的输出端以及各用于第一次功率合成的两个所述耦合器的输入端。
可选的，上述大功率超带宽功放，其中，所述大功率放大器为CMPA2560025F；其1号管脚通过0.01μF电容接地，其2号管脚通过10pF电容连接至用于第二次信号分离的一个耦合器的一个输出端，其3号管脚通过稳压分压电路连接至-5V电平，其4号管脚以及6号管脚均分别通过100pF电容连接至固定电平VD1，其5号管脚通过4.7pF电容连接至用于第一次功率合成的一个耦合器的一个输出端。
可选的，上述大功率超带宽功放，其中，所述稳压分压电路包括：3个电阻，所述3个电阻串联，所述3个串联的电阻其一端连接-5V电平，另一端接地；其中，3个串联的电阻中最后一个电阻的末端直接接地，该最后一个电阻的两端还并联有第一稳压电容C11，所述第一稳压电容C11与串联的3个电阻中中间的一个电阻的公共端连接所述3号管脚；3个串联的电阻中直接连接-5V电平的一个电阻与所述-5V电平之间还连接有第二稳压电容C15的其中一极，所述第二稳压电容C15的另一极接地。
可选的，上述大功率超带宽功放，其中，用于实现所述第一次信号分离的所述耦合器，其第一输入端连接推动放大单元的输出端，其第二输入端通过接地电阻接地，其第三输出端连接第一个用于实现所述第二次信号分离的所述耦合器的第一输入端，其第四输出端连接第二个用于实现所述第二次信号分离的所述耦合器的第二输入端。第一个用于实现所述第二次信号分离的所述耦合器，其第二输入端通过接地电阻接地，其第三输出端通过一个10pF电容连接至第一个所述大功率放大器的2号管脚，其第四输出端通过另一个10pF电容连接至第二个所述大功率放大器的2号管脚。第二个用于实现所述第二次信号分离的所述耦合器，其第一输入端通过接地电阻接地，其第三输出端通过再一个10pF电容连接至第三个所述大功率放大器的2号管脚，其第四输出端通过又一个10pF电容连接至第四个所述大功率放大器的2号管脚。第一个用于实现所述第一次功率合成的所述耦合器，其第一输入端通过一个4.7pF电容连接至第一个所述大功率放大器的5号管脚，其第二输入端通过另一个4.7pF电容连接至第二个所述大功率放大器的5号管脚，其第三输出端通过接地电阻接地。第二个用于实现所述第一次功率合成的所述耦合器，其第一输入端通过再一个4.7pF电容连接至第三个所述大功率放大器的5号管脚，其第二输入端通过又一个4.7pF电容连接至第四个所述大功率放大器的5号管脚，其第四输出端通过接地电阻接地。用于实现所述第二次功率合成的所述耦合器，其第一输入端连接第一个用于实现所述第一次功率合成的所述耦合器的第四输出端，其第二输入端连接第二个用于实现所述第一次功率合成的所述耦合器的第三输出端，其第三输出端通过接地电阻接地，其第四输出端连接所述隔离器输出所述大功率输出信号。
可选的，上述大功率超带宽功放，其中，所述耦合器为3db混合耦合器。
可选的，上述大功率超带宽功放，其中，每一个所述大功率放大器均具有25W的输出功率，所述大功率放大器设置在其中一个所述隔腔内，贴合每一个所述大功率放大器的底部设置有铝嵌铜结构的散热板，所述散热板的底面紧密贴合所述隔腔的底板。
有益效果
本发明通过推动放大单元，主功率放大单元，检波器，隔离器、大功率低通滤波器、电源控制及检测单元实现大功率超带宽功放。其中推动放大单元由温补及均衡电路、增益放大单元构成。主功率放大单元包含6个3dB的耦合器和4路大功率放大电路，其通过镜像的电路结构实现对信号极性的翻转，从而实现各路信号功率的有效叠加。本发明的大功率超带宽功放，其工作频率范围在2.7～6.2GHz，具有工作频带宽、输出功率大等特点。其能够对来自天线的射频信号完成滤波、放大等功能；对来自上变频模块的小功率射频信号进行功率放大，并输出至天线，并且使得带外谐波抑制达到75dBc，实现在发射功率全温接近100W状态下可靠工作。
进一步，本发明针对高发射功率所需功放组件所带来的热耗集中的问题，通过铝嵌铜工艺，直接将大功率放大器的底部贴合铝嵌铜材质的散热板设置在所述隔腔的底板上表面。由此能够将功率芯片直接烧结在铜托上，以增加热容量，功率芯片产生的热量及时地散发到盒体，有效地控制了功率芯片温度的急剧上升。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的大功率超带宽功放的整体电路示意图；
图2是本发明的大功率超带宽功放中温补与均衡电路的原理图；
图3是本发明的大功率超带宽功放中主功率放大单元的电路原理图；
图4是PMA3-83LN+小信号增益曲线图；
图5是TGA2597-SM小信号增益曲线图；
图6是CMPA25600025F的大功率放大器的小信号增益曲线图；
图7是本发明的大功率超带宽功放中均衡电路仿真图；
图8是本发明的大功率超带宽功放整体结构的示意图；
图9是本发明的大功率超带宽功放顶部结构的示意图；
图10是本发明的大功率超带宽功放的实物图；
图11是一种铝嵌铜结构的散热板的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
图1为根据本发明的一种大功率超带宽功放，其主要包括：
外壳，其为金属材质的封闭壳体，所述外壳的表面垂直于输入接口与输出接口的两侧面分别排列有多个散热翼片；所述外壳的内部设置有多个隔腔，各所述隔腔内分别设置有以下5个主要的电路模块：
1、推动放大单元，其连接所述输入接口，用于接收小功率射频信号，对所述小功率射频信号进行温度补偿并调整其信号平坦度而后进入主功率放大单元进行功率的合成放大；本单元电路中加有温补衰减电路和均衡器，在改善驻波的同时还可以实现温度补偿以及调整小信号平坦度，以保证推动功率的稳定性和平坦度，避免高温时增益下降引起的输出功率下降以及低温工作时个别频带的过注入现象。由此，输入信号经温补衰减器和均衡器后进行放大,为后级功率放大提供大约32dBm的推动功率,对推动放大器进行更改，增加组件高频段增益，提高6.0～6.2GHz高频段的输出功率。低噪声放大器采用PMA3-83LN+，推动放大器采用TGA2597-SM；
2、主功率放大单元，其输入端连接所述推动放大单元的输出端，主要由6个耦合器和4个大功率放大器构成。其中，所述的耦合器通过互感来产生耦合信号的，在我们的设计当中，耦合器输入端与输出端信号相差90°相位，输出端如果是两路信号，则两路信号相位相反。该主功率放大单元用于：首先，输入信号先经过耦合器A4，耦合器A4对所述推动放大单元所输出的射频信号进行第一次信号分离，获得上、下2路第一分离信号，所述2路第一分离信号相互反相；然后，对每一路所述第一分离信号分别进行第二次信号分离，并对其中一路第一分离信号进行反相，获得2×2＝4路第二分离信号，其中所述4路第二分离信号均为同相；随后，分别对所述4路第二分离信号进行功率放大，分别获得4路放大信号；最后，将所述4路放大信号分成两组两两进行第一次功率合成，获得2路第一合并信号，对所述2路第一合并信号中的1路进行反相后将其与另一路第一合并信号进行第二次功率合成，得到100W功率的大功率输出信号。本单元中，整个合成电路可以分成上下两部分，两部分成镜像结构，因为耦合器A4输出的两路信号的极性相反，所以在耦合器A5、A8处采用对称的接入方法，将两路信号变成同相信号，使上下两部分的最后输出信号具有相同的相位和极性，然后通过A6和A9的对称连接，输出两路反相型号到A7，最终合成大功率输出信号；
3、隔离器，其连接所述主功率放大单元的输出端、检波器与大功率低通滤波器，用于对向所述检波器输出的信号进行隔离；所述检波器对所述隔离器输出的信号进行包络检波输出与信号包络对应的电平；其中，所述的隔离器可采用型号DH032C-2A，对输出信号进行隔离，当输出发生自激现象时，使电路不能产生反向功率，保护元器件不会被烧毁；
4、电源控制及检测单元，其输入端连接所述检波器，主要负责电路的电源和功率以及驻波的检测及控制。当电源电压高于额定值时，切断主供电回路；检波器1检测功放输出功率并与预设值进行比较，将最终结果传输给电源控制及检测单元，并由其控制增益放大单元来调节输出功率达到要求值；检波器2用于检测驻波功率，当驻波过大时，电源控制及检测单元切断功放开关，使输出功率为0，避免了因驻波功率过大而造成的电子元件损坏
5、所述大功率低通滤波器，可采用型号SG7000-4500-13，其连接所述输出接口，输出上述小功率射频信号所对应的大功率低频信号。
其中，参考图2所示，上述推动放大单元具体包括：
增益放大管为PMA3-83LN+，其小信号增益曲线参见图4所示，射频输入端与所述大功率超带宽功放的输入接口之间顺次连接有3dB衰减器A1，以及射频滤波电路；所述射频滤波电路包括串联在所述A1输出端与所述增益放大管的射频输入端之间的第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容C1还并联有第一电阻R1，所述第一电阻的两端分别通过两电阻接地，所述第二电容C2与所述增益放大管的射频输入端之间连接有第一电感L1，所述第一电感接地；
推动放大器采用TGA2597-SM，其小信号增益曲线参见图5所示，其输入端与所述增益放大管的射频输出端之间串联有第三电容C3和第四电容C4，所述第三电容C3与所述增益放大管的射频输出端之间连接固定电平，用于将所述增益放大管放大后的射频信号滤波后输入至所述推动放大器进行放大。
参考图3所示，上述主功率放大单元中设置有至少6个相同型号的耦合器，所述的耦合器可以采用3db混合耦合器，其中至少一个所述耦合器用于实现所述第一次信号分离，至少2个所述耦合器用于实现所述第二次信号分离，至少2个所述耦合器用于实现所述第一次功率合成，至少一个所述耦合器用于实现所述第二次功率合成；
其中用于第二次信号分离的两个所述耦合器其电路结构镜像对称，用于第一次功率合成的两个所述耦合器其电路结构镜像对称；
上述用于第二次信号分离的两个所述耦合器以及用于第一次功率合成的两个所述耦合器之间连接有至少4个大功率放大器，各所述大功率放大器的输入端和输出端分别连接用于第二次信号分离的各所述耦合器的输出端以及各用于第一次功率合成的两个所述耦合器的输入端。
在一种更为具体的实现方式下，所述的大功率放大器可采用CMPA2560025F，其小信号增益曲线如图6所示；其1号管脚通过0.01μF电容接地，其2号管脚通过10pF电容连接至用于第二次信号分离的一个耦合器的一个输出端，其3号管脚通过稳压分压电路连接至-5V电平，其4号管脚以及6号管脚均分别通过100pF电容连接至固定电平VD1，其5号管脚通过4.7pF电容连接至用于第一次功率合成的一个耦合器的一个输出端。所述大功率放大器3号管脚所连接的稳压分压电路主要可由3个串联的电阻以及相应的电容元件构成。其中，所述3个电阻串联，其一端连接-5V电平，另一端接地；其中，3个串联的电阻中最后一个电阻的末端直接接地，该最后一个电阻的两端还并联有第一稳压电容C11，所述第一稳压电容C11与串联的3个电阻中中间的一个电阻的公共端连接所述3号管脚；3个串联的电阻中直接连接-5V电平的一个电阻与所述-5V电平之间还连接有第二稳压电容C15的其中一极，所述第二稳压电容C15的另一极接地。
上述主功率放大单元中用于实现所述第一次信号分离的所述耦合器，其第一输入端连接推动放大单元的输出端，其第二输入端通过接地电阻接地，其第三输出端连接第一个用于实现所述第二次信号分离的所述耦合器的第一输入端，其第四输出端连接第二个用于实现所述第二次信号分离的所述耦合器的第二输入端；
第一个用于实现所述第二次信号分离的所述耦合器，其第二输入端通过接地电阻接地，其第三输出端通过一个10pF电容连接至第一个所述大功率放大器的2号管脚，其第四输出端通过另一个10pF电容连接至第二个所述大功率放大器的2号管脚；
第二个用于实现所述第二次信号分离的所述耦合器，其第一输入端通过接地电阻接地，其第三输出端通过再一个10pF电容连接至第三个所述大功率放大器的2号管脚，其第四输出端通过又一个10pF电容连接至第四个所述大功率放大器的2号管脚；
第一个用于实现所述第一次功率合成的所述耦合器，其第一输入端通过一个4.7pF电容连接至第一个所述大功率放大器的5号管脚，其第二输入端通过另一个4.7pF电容连接至第二个所述大功率放大器的5号管脚，其第三输出端通过接地电阻接地；
第二个用于实现所述第一次功率合成的所述耦合器，其第一输入端通过再一个4.7pF电容连接至第三个所述大功率放大器的5号管脚，其第二输入端通过又一个4.7pF电容连接至第四个所述大功率放大器的5号管脚，其第四输出端通过接地电阻接地；
用于实现所述第二次功率合成的所述耦合器，其第一输入端连接第一个用于实现所述第一次功率合成的所述耦合器的第四输出端，其第二输入端连接第二个用于实现所述第一次功率合成的所述耦合器的第三输出端，其第三输出端通过接地电阻接地，其第四输出端连接所述隔离器输出所述大功率输出信号。
上述由低噪声放大器PMA3-83LN+、推动放大器TGA2597-SM和主功率放大单元构成的三级放大级联在没有任何补偿的情况下带内增益波动接近10dB，整个链路的理论增益最大为57dB；为避免高增益引起的驻波恶化,采用衰减器、均衡器、温补衰减器、3dB的耦合器所构成的电桥合成等方式改善放大链的级间匹配。上述电路结构所安装的壳体，其结构上采用隔腔设计，改善信号串扰，增加射频放大链路的稳定性。尤其，为避免宽带芯片带内小信号平坦度对末级功率器件的饱和深度的影响，本发明在输入和前级推动放大之间设计了均衡电路,改善了的小信号带内波动,提高末级器件的稳定性和可靠性，避免了高低温情况下过输入的现象。
其中，所述均衡器其反正特性如图7所示，经过验证功放组件发射单元小信号增益平坦度小于5dB，因而使得本发明能够达到较高的性能水平。
下面对针对大功率放大器较为敏感的几个设计参数进行逐一分析。
首先，对于谐波。谐波作为放大器的非线性产物对整个系统会产生一定的干扰，尤其大功率宽带功率放大器谐波的处理尤为重要。考虑该组件工作在2.7-6.2GHz且发射时处于饱和阶段，谐波较大作为带外杂散对整机的工作产生一定影响。所以其在环形器输出(天线端口)加了一级低通滤波器，滤波器的实现主要有微带滤波器和腔体滤波器，腔体滤波器的优点是插损小、带外抑制度高且可承受大功率；缺点是体积较大；微带滤波器尺寸较小但插损大且不适合使用在大功率状态，在发射功率全温接近100W，选择腔体滤波器是比较理想的选择，本设计谐波抑制度小于-75dBc。
然后，对于输出功率。本功放组件最后输出采用四个25W功率管进行功率合成，减去合成损耗(0.6dB)、环形器插损(1dB)和滤波器插损(0.4dB)理论输出功率大于48dBm的指标要求。采用3db混合耦合器先进行二合一，再进行二合一的方式。回波损耗≥12dB,损耗较小,驻波较好,满足末级功率合成的要求。
其次，对于器件散热问题。功放组件的功率放大单元，热耗较为集中，特别是末级25W功率芯片的散热解决很关键。通过热分析软件对功放的结构进行优化，将功率芯片装配在盒体的底面，接触充分，并采取以下技术改进：
1)采用铝嵌铜工艺，将功率芯片直接烧结在铜托上，以增加热容量，功率芯片产生的热量及时地散发到盒体，有效地控制了功率芯片温度的急剧上升；
2)将发热器件的布局均匀合理,热源分散；
3)按照放大器的工作温度最高为65℃,采用有限元的方法通过分析软件对固态功放进行热分析,分析了时盒体温度场分布,合理安排各功率芯片的排布,确保在极限温度工作时的长期可靠性。根据器件参数进行热耗计算，末级主功率放大器单管功耗85W，按输出功率最大100W计算，单管功率输出大于25W，直流功耗约60W左右。由器件参数可知(在可靠性前提下)功放最大工作温度为:
Tj＝To+2.5*Pdiss
式中：Tj为器件结温；(注:CMPA2560025器件结温为220℃)
To为工作温度。
Pdiss:为直流功耗。
得出最高工作环境温度为To＝Tj-2.5*Pdiss
To＝220-2.5×60
To＝70℃
也就是说，本发明中采用图8图9所示的结构，将外壳做成一体化散热结构，并根据热功率分布，将外壳的两边做成散热片结构，在实际工作有风机散热等措施下，饱和功率输出连续工作15分钟壳体温度为+70℃左右，达到了设计要求。
参考图10，所述的大功率放大器，其能够达到25W的输出功率，所述大功率放大器设置在其中一个所述隔腔内，为使其工作状态所积聚的热量能够快速散发避免器件过热造成故障，所述隔腔内贴合每一个所述大功率放大器的底部设置有铝嵌铜结构的散热板，所述散热板的底面紧密贴合所述隔腔的底板，将器件热量迅速传递至散热板进而通过隔腔的底板以及隔腔所在外壳的散热一篇进行散发。
具体，以图11为例，所述铝嵌铜的散热结构，其可通过如下步骤获得：
首先，在铝材外壳Al上铣空大功率放大器封装所对应的几何形状，并将铜块Cu加工成此形状后，将对应的铜块Cu压合到铝材外壳Al的铣空位置。这样就可以在保证产品具有较轻重量的同时也能达到一个较好的散热效果。
由此，本发明通过推动放大单元，主功率放大单元，检波器，隔离器、大功率低通滤波器、电源控制及检测单元等实现一种小型化的大功率超带宽功放。其中推动放大单元由温补及均衡电路、增益放大单元构成。主功率放大单元包含6个3dB的耦合器和4路大功率放大电路。该功放起工作频率范围达到2.7～6.2GHz，具有工作频带宽、输出功率大等特点。其内部组件能够对来自天线的射频信号完成滤波、放大等功能；对来自上变频模块的小功率射频信号进行功率放大，并输出至天线。
由此获得的大功率放大器，其主要机组指标如下：
A、接收通道(X506—1X1G)
1)输入信号频率范围：2.7～6.2GHz；
2)输入信号脉宽范围：0.2～200μs、重频200Hz～500kHZ；
3)输入信号功率范围：-35～0dBm；
4)线性信号增益：17dB±2.5dB(有均衡、温度补偿)；
5)噪声系数：≤9dB。
B、发射通道(1X2G—X506)
1)输入信号频率范围：2.7～6.2GHz；
2)输入信号功率范围：7～9dBm；
3)输出功率：2.7～3.5GHz：≥48dBm；(低温、高温不小于47.5dBm)；
3.5～6.2GHz：≥43dBm；(低温、高温不小于42.5dBm)；
输出信号带外谐波抑制：大于75dBc(9～12GHz)。
C、其它参数要求
1)功放电源响应：所有输入输出控制信号采用TTL 5V电平；
2)对接收支路低噪放通断电响应时间(包含脉冲上下沿与延时)：≤150ns；
3)对发射支路功放通断电响应时间(包含脉冲上下沿与延时)：≤250ns(关断深度≥90dBc)。
D、供电电源要求
低频段功放组件供电：+30V/16A、+12V/1A、-12V/1A、+5V/1A、总功耗要求小于420W。
E、结构尺寸及重量要求
a)该组件尺寸约200mm×170mm×36mm(不含风扇)，基本结构如图1所示；
b)重量：≤2.2kg，充分考虑减重措施。
以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种大功率超带宽功放，其特征在于，包括：
外壳，其为金属材质的封闭壳体，所述外壳的表面垂直于输入接口与输出接口的两侧面分别排列有多个散热翼片；所述外壳的内部设置有多个隔腔，各所述隔腔内分别设置有：推动放大单元，其连接所述输入接口，用于接收小功率射频信号，对所述小功率射频信号进行温度补偿并调整其信号平坦度；
主功率放大单元，其输入端连接所述推动放大单元的输出端，用于：首先，对所述推动放大单元所输出的射频信号进行第一次信号分离，获得2路第一分离信号；然后，对每一路所述第一分离信号分别进行第二次信号分离，获得4路第二分离信号；随后，分别对所述4路第二分离信号进行功率放大，分别获得4路放大信号；最后，将所述4路放大信号分成两组进行第一次功率合成，获得2路第一合并信号，对所述2路第一合并信号进行第二次功率合成，得到大功率输出信号；
隔离器，其连接所述主功率放大单元的输出端、检波器与大功率低通滤波器，用于对向所述检波器输出的信号进行隔离；所述检波器对所述隔离器输出的信号进行包络检波输出与信号包络对应的电平；
电源控制及检测单元，其输入端连接所述检波器，用于在电源电压高于额定值时切断主供电回路，检测并控制驻波；
所述大功率低通滤波器，其连接所述输出接口，输出上述小功率射频信号所对应的大功率低频信号；
其中，所述推动放大单元包括：
增益放大管，其射频输入端与所述大功率超带宽功放的输入接口之间顺次连接有3dB衰减器A1，以及射频滤波电路；所述射频滤波电路包括串联在所述A1输出端与所述增益放大管的射频输入端之间的第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容C1还并联有第一电阻R1，所述第一电阻的两端分别通过两电阻接地，所述第二电容C2与所述增益放大管的射频输入端之间连接有第一电感L1，所述第一电感接地；
推动放大器，其输入端与所述增益放大管的射频输出端之间串联有第三电容C3和第四电容C4，所述第三电容C3与所述增益放大管的射频输出端之间连接固定电平，用于将所述增益放大管放大后的射频信号滤波后输入至所述推动放大器进行放大。
2.如权利要求1所述的大功率超带宽功放，其特征在于，所述增益放大管为PMA3-83LN+；所述推动放大器采用TGA2597-SM。
3.如权利要求1所述的大功率超带宽功放，其特征在于，所述主功率放大单元中设置有至少6个相同型号的耦合器，其中至少一个所述耦合器用于实现所述第一次信号分离，至少2个所述耦合器用于实现所述第二次信号分离，至少2个所述耦合器用于实现所述第一次功率合成，至少一个所述耦合器用于实现所述第二次功率合成；
其中用于第二次信号分离的两个所述耦合器其电路结构镜像对称，用于第一次功率合成的两个所述耦合器其电路结构镜像对称。
4.如权利要求3所述的大功率超带宽功放，其特征在于，所述主功率放大单元中设置有至少4个大功率放大器，各所述大功率放大器的输入端和输出端分别连接用于第二次信号分离的各所述耦合器的输出端以及各用于第一次功率合成的两个所述耦合器的输入端。
5.如权利要求4所述的大功率超带宽功放，其特征在于，所述大功率放大器为CMPA2560025F；其1号管脚通过0.01μF电容接地，其2号管脚通过10pF电容连接至用于第二次信号分离的一个耦合器的一个输出端，其3号管脚通过稳压分压电路连接至-5V电平，其4号管脚以及6号管脚均分别通过100pF电容连接至固定电平VD1，其5号管脚通过4.7pF电容连接至用于第一次功率合成的一个耦合器的一个输出端。
6.如权利要求5所述的大功率超带宽功放，其特征在于，所述稳压分压电路包括：
3个电阻，所述3个电阻串联，所述3个串联的电阻其一端连接-5V电平，另一端接地；其中，3个串联的电阻中最后一个电阻的末端直接接地，该最后一个电阻的两端还并联有第一稳压电容C11，所述第一稳压电容C11与串联的3个电阻中中间的一个电阻的公共端连接所述3号管脚；3个串联的电阻中直接连接-5V电平的一个电阻与所述-5V电平之间还连接有第二稳压电容C15的其中一极，所述第二稳压电容C15的另一极接地。
7.如权利要求6所述的大功率超带宽功放，其特征在于，用于实现所述第一次信号分离的所述耦合器，其第一输入端连接推动放大单元的输出端，其第二输入端通过接地电阻接地，其第三输出端连接第一个用于实现所述第二次信号分离的所述耦合器的第一输入端，其第四输出端连接第二个用于实现所述第二次信号分离的所述耦合器的第二输入端；
第一个用于实现所述第二次信号分离的所述耦合器，其第二输入端通过接地电阻接地，其第三输出端通过一个10pF电容连接至第一个所述大功率放大器的2号管脚，其第四输出端通过另一个10pF电容连接至第二个所述大功率放大器的2号管脚；
第二个用于实现所述第二次信号分离的所述耦合器，其第一输入端通过接地电阻接地，其第三输出端通过再一个10pF电容连接至第三个所述大功率放大器的2号管脚，其第四输出端通过又一个10pF电容连接至第四个所述大功率放大器的2号管脚；
第一个用于实现所述第一次功率合成的所述耦合器，其第一输入端通过一个4.7pF电容连接至第一个所述大功率放大器的5号管脚，其第二输入端通过另一个4.7pF电容连接至第二个所述大功率放大器的5号管脚，其第三输出端通过接地电阻接地；
第二个用于实现所述第一次功率合成的所述耦合器，其第一输入端通过再一个4.7pF电容连接至第三个所述大功率放大器的5号管脚，其第二输入端通过又一个4.7pF电容连接至第四个所述大功率放大器的5号管脚，其第四输出端通过接地电阻接地；
用于实现所述第二次功率合成的所述耦合器，其第一输入端连接第一个用于实现所述第一次功率合成的所述耦合器的第四输出端，其第二输入端连接第二个用于实现所述第一次功率合成的所述耦合器的第三输出端，其第三输出端通过接地电阻接地，其第四输出端连接所述隔离器输出所述大功率输出信号。
8.如权利要求7所述的大功率超带宽功放，其特征在于，所述耦合器为3db混合耦合器。
9.如权利要求8所述的大功率超带宽功放，其特征在于，每一个所述大功率放大器均具有25W的输出功率，所述大功率放大器设置在其中一个所述隔腔内，贴合每一个所述大功率放大器的底部设置有铝嵌铜结构的散热板，所述散热板的底面紧密贴合所述隔腔的底板。
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