CN110912517A - 8~12GHz大功率固态功放组件 - Google Patents

8~12GHz大功率固态功放组件 Download PDF

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吕刚
户国梁
朱成林
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Abstract

本发明公开了一种8~12GHz大功率固态功放组件，所述组件柜体顶部设置有六路功率分配器组件，组件柜体内间隔固定有六个水冷仓，水冷仓一侧分别设置有进水接头、出水接头，每个水冷仓一侧均设置有固态功放组件。本发明提供的8~12GHz大功率固态功放组件，满足散热的同时，可以独立装配和拆卸维修、减小重量、备份能力强，可靠性高等优点。

Description

8~12GHz大功率固态功放组件
技术领域
本发明涉及一种8~12GHz大功率固态功放组件，属于雷达模拟器技术领域。
背景技术
在有源阵列天线中，固态功放组件承担着至关重要角色。随着GaN（氮化镓）微波功率芯片工艺技术不断提升，相应的技术指标也越向频段更宽、输出功率更大、效率更高的方向发展。但由于国外对大功率芯片技术的长期封锁，国内目前针对X波段（8GHz~12GHz）功放芯片的功率容量、效率、装配工艺等方面还是具有一定的挑战。
同时大功率芯片直接烧结到壳体上可以使芯片良好接地，提高芯片散热等能力，但随着组件上大功率芯片的数量增加，多只芯片共同烧结不仅要求时间要快避免焊料老化，同时装配工艺要求空洞率要低至10％，甚至要求芯片发热的核心区域空洞率需达到4％以内，如果有空洞率不合格的芯片或需返修时，组件需要反复加热操作，这对其他无故障的芯片带来不必要的损坏影响，成品率很难把控。另外，随着固态功放组件输出端口数目、端口功率不断扩大，大功率芯片的装配工艺、散热能力、拆装维修等方面问题已迫在眉睫。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的散热、装配上的不足，本发明提供一种8~12GHz大功率固态功放组件。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种8~12GHz大功率固态功放组件，包括：组件柜体，所述组件柜体顶部设置有六路功率分配器组件，组件柜体内间隔固定有六个水冷仓，水冷仓一侧分别设置有进水接头、出水接头，每个水冷仓一侧均设置有固态功放组件。
作为优选方案，所述水冷仓与固态功放组件之间还设置有均温板。
作为优选方案，所述固态功放组件包括：0.25W功放模块，所述0.25W功放模块、8W功放模块、隔离器依次连接，隔离器输出端与四路功率分配器输入端相连接，四路功率分配器输出端分别连接有40W功放模块；还包括馈电电路模块，分别与0.25W功放模块、8W功放模块、40W功放模块相连接。
作为优选方案，所述0.25W功放模块、8W功放模块均采用GaAs类型芯片；所述40W功放模块采用GaN类型芯片。
作为优选方案，所述8W功放模块通过第一衬块与固态功放组件的壳体相连接；所述第一衬块包括本体，本体采用工字结构，本体四角设置有安装孔，本体中部设置有第一装配凹槽。
作为优选方案，所述40W功放模块通过第二衬块与固态功放组件的壳体相连接；所述第二衬块包括：第一安装块、第二安装块，所述第一安装块顶部设置有第二安装块，所述第二安装块顶部设置有第二装配凹槽，第二装配凹槽设置有装配凸台；所述第二安装块侧面设置有馈电绝缘子；所述第二安装块一端设置有射频输出绝缘子；所述第二安装块四角设置有安装孔。
作为优选方案，所述第一衬块采用紫铜材质；所述第二衬块采用紫铜材质；所述第一衬块、第二衬块的底部与壳体之间设置有铟片。
作为优选方案，所述固态功放组件输入端与六路功率分配器组件输出端均设置在组件柜体的同侧。
作为优选方案，所述固态功放组件的壳体上、下两端设置有锁紧条。
作为优选方案，所述固态功放组件通过导热硅脂与均温板相接触；所述固态功放组件的壳体采用铝材质。
有益效果：本发明提供的8~12GHz大功率固态功放组件，满足散热的同时，可以独立装配和拆卸维修、减小重量、备份能力强，可靠性高等优点。
附图说明
图1为本发明的结构正面示意图；
图2为本发明的结构背面示意图；
图3为本发明的结构俯视示意图；
图4为本发明的结构侧面示意图；
图5为固态功放组件的模块示意图；
图6为第一衬块的结构俯视示意图；
图7为第二衬块的结构俯视示意图；
图8为第二衬块的结构正视示意图；
图9为第二衬块的结构侧视示意图；
图10固态功放组件的模块安装布局示意图；
图11为固态功放组件的第二衬块安装后的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1-4所示，一种8~12GHz大功率固态功放组件，包括：组件柜体7，所述组件柜体7顶部设置有六路功率分配器组件1，组件柜体7内间隔固定有六个水冷仓4，水冷仓4一侧分别设置有进水接头5、出水接头6，每个水冷仓4一侧均设置有固态功放组件2。
所述水冷仓4与固态功放组件2之间还设置有均温板3。
所述固态功放组件2输入端与六路功率分配器组件1输出端均设置在组件柜体7的同侧。
如图5所示，所述固态功放组件2包括：0.25W功放模块，所述0.25W功放模块、8W功放模块、隔离器依次连接，隔离器输出端与四路功率分配器输入端相连接，四路功率分配器输出端分别连接有40W功放模块；还包括馈电电路模块，分别与0.25W功放模块、8W功放模块、40W功放模块相连接，用于实现给各个功放芯片供电，并提供负压保护、温度检测、上电指示及过流、过压保护。
所述0.25W功放模块、8W功放模块均采用GaAs类型芯片。
所述40W功放模块采用GaN类型芯片。
如图6所示，所述8W功放模块通过第一衬块9与固态功放组件2的壳体相连接；所述第一衬块9包括本体01，本体01采用工字结构，本体01四角设置有安装孔02，本体01中部设置有第一装配凹槽03。
如图7-9所示，所述40W功放模块通过第二衬块10与固态功放组件2的壳体相连接；所述第二衬块10包括：第一安装块04、第二安装块05，所述第一安装块04顶部设置有第二安装块05，所述第二安装块05顶部设置有第二装配凹槽06，第二装配凹槽06设置有装配凸台07；所述第二安装块05侧面设置有馈电绝缘子08，用于与馈电电路模块供电高温导线相连接；所述第二安装块05一端设置有射频输出绝缘子09，用于与固态功放组件2的输出端子前端连接；所述第二安装块05四角设置有安装孔010。
所述第一衬块9采用紫铜材质。
所述第二衬块10采用紫铜材质。
所述第一衬块9、第二衬块10底部与壳体之间设置有铟片。
所述固态功放组件2通过导热硅脂与均温板3相接触。
所述固态功放组件2的壳体采用铝材质。
如图10所示，所述固态功放组件2的壳体上、下两端设置有锁紧条8，用于方便固态功放组件与组件柜体之间的间隔相固定。
实施例：
如图11所示，固态功放组件的壳体上分别布置有各个模块的安装位置，前级功放安装点11处连接有0.25W功放模块，0.25W功放模块的输入端子作为固态功放组件的输入端；推动级功放安装点12处连接有第一衬块，第一衬块第一装配凹槽内设置有8W功放模块；隔离器安装点13处连接有隔离器；末级功放安装点11处设置有凹槽，凹槽内连接有第二衬块，第二衬块装配凸台上设置有40W功放模块；馈电模块安装点14处连接有馈电电路模块，馈电电路模块的输入端用于输入直流电源、控制信号，输入功放状态信号。
使用时，固态功放组件阵列在接收到开机指令后，给出加电、过流、过温状态指示，系统判断固态功放组件状态正常后，加射频信号，信号经过六路功率分配器输出六路信号，分别驱动6个固态功放组件，每个固态功放组件有4路输出。通过各级放大器逐级推动放大，最终获得24路功率输出且每路输出40W连续波大功率，其中前级和推动级芯片采用GaAs类型芯片，保证良好的线性度。末级功放芯片采用GaN类型，在保证输出功率同时还兼顾效率的提高。
本发明专利为了适应雷达模拟设备（如雷达靶标、雷达模拟吊舱等）、电子对抗中有源阵列天线固态功率放大器的要求而设计的一种X波段（8GHz-12GHz）固态功放组件，该组件通过衬块结构，衬块与壳体、铜铝材质配合、组件分体结构实现了集成度高、拆卸维修方便、重量轻的特点。另外，水冷仓、均温板结构进一步增强了散热功能，提高了可靠性。在8GHz~12GHz大带宽下，组件的每个端口都能输出功率为40W的射频放大信号。
在链路原理方面，合理采用GaAs和GaN工艺材料的微波功率芯片，使得这种组件工作在8GHz~12GHz大带宽下，每个端口连续波输出功率40瓦，并具备良好的线性度和效率。GaAs工艺材料的微波功率芯片工作在A类，线性度高，但效率低；GaN工艺材料的微波功率芯片工作在AB类，效率高，但线性度不是特别好。本发明将小功率芯片用：GaAs工艺材料的微波功率作为前级、驱动级芯片，末级输出端大功率芯片采用GaN工艺材料的微波功率芯片，这样既得到良好的线性度，同时兼顾效率的提高。
在结构上，单只功放芯片单独烧结到带有沉入式凹槽的衬块上，衬块用螺钉固定到固态功放组件壳体上，可独立操作功放裸芯片的装配，可单独调试和维修，从而有效解决固态功放组件上共同烧结多只芯片带来的装配工艺复杂、成品率低、维修难等问题。
同时衬块材料选用紫铜T2，并针对功放裸芯片的发热量大小不同而采用不同形式的沉入式结构，固态功放组件采用铝6061，这样在保证散热条件的同时，大大降低了功放组件的重量。
在热设计方面，考虑衬块设计的基础上，不仅其材料选用导热系数高为387W/（m·k）紫铜材料，并在安装时，下面垫一层0.05mm厚的铟片，加强良好接触，减小接触热阻，最后配备相应的均温板和水冷散热系统，可及时有效将近2100W的热量散掉。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种8~12GHz大功率固态功放组件，包括：组件柜体，其特征在于：所述组件柜体顶部设置有六路功率分配器组件，组件柜体内间隔固定有六个水冷仓，水冷仓一侧分别设置有进水接头、出水接头，每个水冷仓一侧均设置有固态功放组件。
2.根据权利要求1所述的8~12GHz大功率固态功放组件，其特征在于：所述水冷仓与固态功放组件之间还设置有均温板。
3.根据权利要求1所述的8~12GHz大功率固态功放组件，其特征在于：所述固态功放组件包括：0.25W功放模块，所述0.25W功放模块、8W功放模块、隔离器依次连接，隔离器输出端与四路功率分配器输入端相连接，四路功率分配器输出端分别连接有40W功放模块；还包括馈电电路模块，分别与0.25W功放模块、8W功放模块、40W功放模块相连接。
4.根据权利要求3所述的8~12GHz大功率固态功放组件，其特征在于：所述0.25W功放模块、8W功放模块均采用GaAs类型芯片；所述40W功放模块采用GaN类型芯片。
5.根据权利要求3所述的8~12GHz大功率固态功放组件，其特征在于：所述8W功放模块通过第一衬块与固态功放组件的壳体相连接；所述第一衬块包括本体，本体采用工字结构，本体四角设置有安装孔，本体中部设置有第一装配凹槽。
6.根据权利要求5所述的8~12GHz大功率固态功放组件，其特征在于：所述40W功放模块通过第二衬块与固态功放组件的壳体相连接；所述第二衬块包括：第一安装块、第二安装块，所述第一安装块顶部设置有第二安装块，所述第二安装块顶部设置有第二装配凹槽，第二装配凹槽设置有装配凸台；所述第二安装块侧面设置有馈电绝缘子；所述第二安装块一端设置有射频输出绝缘子；所述第二安装块四角设置有安装孔。
7.根据权利要求6所述的8~12GHz大功率固态功放组件，其特征在于：所述第一衬块采用紫铜材质；所述第二衬块采用紫铜材质；所述第一衬块、第二衬块的底部与壳体之间设置有铟片。
8.根据权利要求1所述的8~12GHz大功率固态功放组件，其特征在于：所述固态功放组件输入端与六路功率分配器组件输出端均设置在组件柜体的同侧。
9.根据权利要求1所述的8~12GHz大功率固态功放组件，其特征在于：所述固态功放组件的壳体上、下两端设置有锁紧条。
10.根据权利要求2所述的8~12GHz大功率固态功放组件，其特征在于：所述固态功放组件通过导热硅脂与均温板相接触；所述固态功放组件的壳体采用铝材质。
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