CN111030615A - 6~18GHz超宽带大功率固态功放组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种6~18GHz超宽带大功率固态功放组件，所述壳体内设置有通槽，通槽四周设置密封的冷水仓，壳体一侧设置有与冷水仓相联通的第一进水口，第一出水口；壳体顶部设置有四路功率分配器组件，壳体两侧分别设置有两个八路功率分配器组件；通槽内间隔设置有多个水冷板，每个水冷板上并列设置有多个末级固态功放组件；所述水冷板通过两侧的组件锁紧螺钉与通槽两侧的壳体相固定，水冷板内设置有冷水腔，冷水腔两侧分别设置有第二进水口，第二出水口。本发明外布局合理，采用冷水仓和水冷板两级水冷散热系统，确保在长期稳定工作；沉入式垫块可独立拆装，方便流水作业、气密性高、维修拆卸方便，备份能力强。采用GaN类型、GaAs类型芯片，保证良好的线性度，同时提高效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种6~18GHz超宽带大功率固态功放组件，属于雷达模拟器技术领域。
背景技术
现有的单只固态功放芯片的功率容量已经远无法满足在雷达、雷达模拟器、电子对抗等领域应用的要求，通过组件阵列的结构，增加输出单元数的方法来解决单只固态功放芯片的现有缺点，会带来阵列结构尺寸过大，结构布局难，散热设计难，装配结构难等问题。
另外，组件阵列结构增加了单个固态芯片烧结的数量，现有的固态芯片都是直接烧结到壳体上，如果多个固态芯片同时烧结，会因为烧结时间过长而出现空洞率不好把控得问题。单个固态芯片在后期维护时，焊料多次熔化，会出现增加其他芯片移位和空洞率的问题。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的结构布局难、散热难、芯片装配难的问题，本发明提供一种6~18GHz超宽带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6~18GHz超宽带大功率固态功放组件，包括：壳体，所述壳体内设置有通槽，通槽四周设置密封的冷水仓，壳体一侧设置有与冷水仓相联通的第一进水口，第一出水口；壳体顶部设置有四路功率分配器组件，壳体两侧分别设置有两个八路功率分配器组件；通槽内间隔设置有多个水冷板，每个水冷板上并列设置有多个末级固态功放组件；所述水冷板通过两侧的组件锁紧螺钉与通槽两侧的壳体相固定，水冷板内设置有冷水腔，冷水腔两侧分别设置有第二进水口，第二出水口。
作为优选方案，所述末级固态功放组件包括：第一隔离器，所述第一隔离器、0.25W功放模块、4dB衰减器、2.8W功放模块、第二隔离器依次相连，第二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与10W功放模块、第三隔离器依次相连接。
作为优选方案，还包括控制保护模块：所述控制保护模块分别与0.25W功放模块、2.8W功放模块、10W功放模块相连接，用于给功放模块供电，并具备功放模块负压保护、温度检测、上电指示及过流、过压保护功能。
作为优选方案，所述0.25W功放模块、2.8W功放模块均采用GaAs类型芯片。
作为优选方案，所述10W功放模块采用GaN类型芯片。
作为优选方案，所述0.25W功放模块或2.8W功放模块或10W功放模块通过沉入式垫块与末级固态功放组件的壳体相连接；沉入式垫块包括：第一安装块，第一安装块上方设置有第二安装块，第二安装块四角设置有安装孔；第二安装块顶面设置有凸台，凸台顶面设置安装凹槽。
作为优选方案，所述沉入式垫块与级固态功放组件的壳体之间设置有铟片。
作为优选方案，所述沉入式垫块采用紫铜材质，所述固态功放组件的壳体采用铝材质。
作为优选方案，所述壳体两侧设置有固定脚，用于壳体与机架相连接。
作为优选方案，所述水冷板背面设置有定位销，所述水冷板4正面设置有拔插把手。
有益效果：本发明提供的6~18GHz超宽带大功率固态功放组件，末级固态功放组件与四路功率分配器、八路功率分配器在壳体内、外布局合理，采用冷水仓和水冷板两级水冷散热系统，确保在长期稳定工作；沉入式垫块的设计兼顾散热的要求情况下，可独立拆装，方便流水作业、气密性高、维修拆卸方便，备份能力强。采用GaN类型、GaAs类型芯片，保证良好的线性度，同时提高效率。
附图说明
图1为本发明组件的正面示意图；
图2为本发明组件的背面示意图；
图3为本发明组件的顶面示意图；
图4为本发明组件的侧面示意图；
图5为壳体的正面示意图；
图6为水冷板的顶面示意图；
图7为末级固态功放组件的电路示意图；
图8为沉入式垫块的正面示意图；
图9为沉入式垫块的顶面示意图；
图10为本发明工作时电路示意图；
图11为末级固态功放组件的安装沉入式垫块前的装配结构图；
图12为末级固态功放组件的安装沉入式垫块前的装配结构图。
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1-5所示，一种6~18GHz超宽带大功率固态功放组件，包括：壳体7，所述壳体7内设置有通槽701，通槽701四周设置密封的冷水仓702，壳体7一侧设置有与冷水仓702相联通的第一进水口5，第一出水口6；壳体7顶部设置有四路功率分配器组件1，壳体7两侧分别设置有两个八路功率分配器组件2；通槽701内间隔设置有多个水冷板4，每个水冷板4上并列设置有多个末级固态功放组件3；所述水冷板4通过两侧的组件锁紧螺钉401与通槽701两侧的壳体7相固定，水冷板4内设置有冷水腔，冷水腔两侧分别设置有第二进水口402，第二出水口403。
所述水冷板4的数量设置为十个，所述水冷板4上并列设置有三个末级固态功放组件3。
如图6所示，所述壳体7两侧设置有固定脚8，用于壳体与机架相连接。
所述水冷板4背面设置有定位销404，用于通槽两侧壳体相定位。
所述水冷板4正面设置有拔插把手405，用于方便水冷板在通槽内推拉。
如图7所示，所述末级固态功放组件3包括：第一隔离器，所述第一隔离器、0.25W功放模块、4dB衰减器、2.8W功放模块、第二隔离器依次相连，第二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与10W功放模块、第三隔离器依次相连接。
还包括控制保护模块：所述控制保护模块用于给功放芯片供电，并具备功放芯片负压保护、温度检测、上电指示及过流、过压保护功能。
所述0.25W功放模块、2.8W功放模块均采用GaAs类型芯片。
所述10W功放模块采用GaN类型芯片。
如图8-9所示，所述0.25W功放模块或2.8W功放模块或10W功放模块通过沉入式垫块与末级固态功放组件3的壳体相连接；沉入式垫块9包括：第一安装块901，第一安装块901上方设置有第二安装块902，第二安装块902四角设置有安装孔903；第二安装块顶面设置有凸台904，凸台904顶面设置安装凹槽905。
所述沉入式垫块9与级固态功放组件3的壳体之间设置有铟片。
所述沉入式垫块9采用紫铜材质，所述固态功放组件的壳体采用铝材质。
实施例：
如图10所示，本发明的组件阵列在接收到开机指令后，各末级固态功放组件给出加电、过流、过温状态指示，系统判断各固态功放芯片状态正常后，加射频信号，信号输送到四路功率分配器组件输出4路信号，分别送入4个八路功率分配器组件，4个八路功率分配器组件输出32路信号，其中吸收2路信号，故输出30路信号提供到末级固态功放组件，每个末级固态功放组件有4路输出，即通过各级功放芯片逐级推动放大，最终获得120路且每路输出10瓦连续波大功率，其中前级功放芯片（0.25W功放模块）和推动级功放芯片（2.8W功放模块）采用GaAs类型芯片，保证良好的线性度。末级功放芯片（10W功放模块）采用GaN类型芯片，在保证输出功率同时还兼顾效率的提高。
如图11-12所示，末级固态功放组件的数量共30个，共有120路端口输出，每路端口输出10W功率的连续波。末级固态功放组件壳体上设置有前级功放芯片放置处10，推动级功放芯片放置处11，末级功放芯片放置处12上均设置有沉入式垫块9，沉入式垫块9上分别设置有0.25W功放模块，2.8W功放模块，10W功放模块；另外三个功放模块还分别与控制保护模块17相连接，为三个功放模块提供电压和负压保护、温度检测、上电指示及过流、过压保护等功能。末级固态功放组件前端设置有射频输入接头14，和控制保护模块17的接头16，后端设置有射频输出接头15；末级固态功放组件壳体上的分配器安装处13设置有四路功率分配器。
装配时，功放模块用Au80Sn20金锡焊料人工摩擦烧结在Mo70Cu30载体，Mo70Cu30载体再用Sn62Pb36Ag2焊锡膏烧结在镀金的沉入式垫块上，沉入式垫块通过第一安装块上的定位孔906分别放置到功放芯片放置处，再用螺钉固定到末级固态功放组件铝质壳体上，沉入式垫块和铝质壳体之间垫一层0.05mm铟片，加强与壳体良好接触，减小接触热阻，沉入式垫块的设计兼顾散热的要求情况下可独立拆装，方便流水作业、气密性高、维修拆卸方便，备份能力强。
另外，沉入式垫块顶部的凸台904四周设置有凹槽台908，凹槽台908末端设置有腔体分隔柱907，用于配合功放模块放置在安装凹槽内。另外，凸台904四周还设置有封焊槽909，用于方便功放模块与沉入式垫块相焊接。
热设计的核心问题是解决功率器件在系统需要的-40℃～+55℃环境下长时间可靠工作，本专利功放组件阵列不仅功率器件数量多、发热量大，并且功率器件之间间距小导致热密度增加，整个组件阵列热耗峰值约为7200W，主要发热源为末级功放组件中的推动级功放芯片和末级功放芯片，其中单只推动级功放芯片热流密度约41W/cm²，单只末级功放芯片热流密度更是达到409W/cm²，这些问题都给本次热设计需要迫切解决的。
本发明采用组件壳体的冷水仓和水冷板两级水冷散热系统，将三块末级固态功放组件装在1块水冷板上，末级固态功放组件与水冷板之间均匀涂抹一层导热硅脂，满足散热条件下提高水冷源利用率。能够及时散发系统中近7200W的热耗，并保证功率放大器在-40℃～+55℃温度条件下稳定工作；末级固态功放组件内，沉入式垫块采用紫铜T2，其余壳体采用铝6061。紫铜材料的导热系数高为387W/（m·k），可针对性局部快速将热向四周导出。在装配上沉入式垫块和铝壳体之间垫一层0.05mm铟片，加强与壳体良好接触，减小接触热阻。
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6~18GHz超宽带大功率固态功放组件，包括：壳体，其特征在于：所述壳体内设置有通槽，通槽四周设置密封的冷水仓，壳体一侧设置有与冷水仓相联通的第一进水口，第一出水口；壳体顶部设置有四路功率分配器组件，壳体两侧分别设置有两个八路功率分配器组件；通槽内间隔设置有多个水冷板，每个水冷板上并列设置有多个末级固态功放组件；所述水冷板通过两侧的组件锁紧螺钉与通槽两侧的壳体相固定，水冷板内设置有冷水腔，冷水腔两侧分别设置有第二进水口，第二出水口。
2.根据权利要求1所述的6~18GHz超宽带大功率固态功放组件，其特征在于：所述末级固态功放组件包括：第一隔离器，所述第一隔离器、0.25W功放模块、4dB衰减器、2.8W功放模块、第二隔离器依次相连，第二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与10W功放模块、第三隔离器依次相连接。
3.根据权利要求2所述的6~18GHz超宽带大功率固态功放组件，其特征在于：还包括控制保护模块：所述控制保护模块分别与0.25W功放模块、2.8W功放模块、10W功放模块相连接，用于给功放模块供电，并具备功放模块负压保护、温度检测、上电指示及过流、过压保护功能。
4.根据权利要求2所述的6~18GHz超宽带大功率固态功放组件，其特征在于：所述0.25W功放模块、2.8W功放模块均采用GaAs类型芯片。
5.根据权利要求2所述的6~18GHz超宽带大功率固态功放组件，其特征在于：所述10W功放模块采用GaN类型芯片。
6.根据权利要求2所述的6~18GHz超宽带大功率固态功放组件，其特征在于：所述0.25W功放模块或2.8W功放模块或10W功放模块通过沉入式垫块与末级固态功放组件的壳体相连接；沉入式垫块包括：第一安装块，第一安装块上方设置有第二安装块，第二安装块四角设置有安装孔；第二安装块顶面设置有凸台，凸台顶面设置安装凹槽。
7.根据权利要求6所述的6~18GHz超宽带大功率固态功放组件，其特征在于：所述沉入式垫块与级固态功放组件的壳体之间设置有铟片。
8.根据权利要求6所述的6~18GHz超宽带大功率固态功放组件，其特征在于：所述沉入式垫块采用紫铜材质，所述固态功放组件的壳体采用铝材质。
9.根据权利要求1所述的6~18GHz超宽带大功率固态功放组件，其特征在于：所述壳体两侧设置有固定脚，用于壳体与机架相连接。
10.根据权利要求1所述的6~18GHz超宽带大功率固态功放组件，其特征在于：所述水冷板背面设置有定位销，所述水冷板4正面设置有拔插把手。
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| CN117081525B (zh) * | 2023-10-17 | 2024-01-23 | 南京纳特通信电子有限公司 | 一种固态功放阵列系统 |
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