CN112073008A - 一种功率合成放大器、实现方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种功率合成放大器、实现方法、装置及系统，包括：输入信号经波导功分单元进行多级波导功分后，其中一路输入信号经输入端的单定向耦合检波单元后得到待显示的输入功率；多级波导功分后的多路输入信号依次经功率放大单元的放大、波导合成单元的功率合成后，经过输出端的双定向耦合检波单元得到待显示的输出功率。采用功分‑放大‑合成‑耦合‑检波一体化设计，缩短了输出通路，减小了通路损耗，提高了合成效率，实现对通过输入端的单定向耦合检波单元和输出端的双定向耦合检波单元完成耦合检波所得到的输入功率、输出功率的显示。
Description
技术领域
本发明涉及功率合成放大技术领域，特别是涉及一种功率合成放大器、实现方法、装置及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
随着放大器技术的发展，毫米波固态功率放大器用于毫米波信号放大，可应用在无线通信系统、雷达干扰机、侦察机与电子装备等领域，为了实现功率显示、固定增益等功能，需要在内部集成耦合检波单元，用于检测出正向输出功率的耦合信号和反射功率的耦合信号，同时为了实现整机功率的提升，会采用大功率芯片进行多路合成。随着放大器采用大功率芯片进行多路合成，不仅对整机的散热有了更大的挑战，还对合成器多路芯片的加电管理有了更高的要求。
目前的毫米波固态功率放大器的耦合检波单元是位于功率放大器输出端的波导定向耦合器，耦合器作为一个单独的部件加在放大器的输出端，当信号经过放大输出后经过耦合器时将会被耦合一部分信号进行检测；但是该方法不仅加长了输出通路，影响了整机的小型化设计，而且由于毫米波频段的波导尺寸较小，加工精度要求高，若加工误差较大，会导致放大器模块与波导耦合器之间信号传输不畅，使得通路损耗加大，整机合成效率降低。
目前的功率合成器主要散热方案是在合成器模块的下腔加散热器，并且依靠螺钉将两者固定在一起，通过优化散热器上翅片的尺寸和数量来达到散热效率的最大化；但是，该方法会导致散热器与腔体贴合不够紧凑，不能及时将腔体内部的热量传导出去，使模块的散热效率较低。
固态功率放大器整机中由于合成路数较多，每个芯片都需要单独供电，将芯片的正负压通过加电线引出后，多个模块的加电线汇合至一个偏置板，所以提供电压的偏置板与合成器之间供电线数量过多；而内部供电线缆数量多，导致串扰问题，造成输出功率不稳定，对供电电压造成影响，导致供电电压不稳，芯片输出功率也会随之跳动，影响整机输出功率稳定性；目前多是采用加绕磁环等来抑制供电线之间的相互影响，但是会加大整机内部走线难度，增加成本。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种功率合成放大器、实现方法、装置及系统，采用功分-放大-合成-耦合-检波一体化设计，缩短了输出通路，减小了通路损耗，提高了合成效率，实现对通过输入端的单定向耦合检波单元和输出端的双定向耦合检波单元完成耦合检波所得到的输入功率、输出功率的显示。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种功率合成放大器，包括：波导功分单元、单定向耦合检波单元、功率放大单元、波导合成单元和双定向耦合检波单元；
输入信号经波导功分单元进行多级波导功分后，其中一路功分信号经输入端的单定向耦合检波单元后得到待显示的输入功率；
多级波导功分后的多路功分信号依次经功率放大单元的放大、波导合成单元的功率合成后，经过输出端的双定向耦合检波单元得到待显示的输出功率。
第二方面，本发明提供一种功率合成放大器的实现方法，包括：
将输入信号经波导功分单元进行多级波导功分后，对一路功分信号经输入端的单定向耦合检波单元后得到待显示的输入功率；
将经多级波导功分后的多路功分信号依次经功率放大单元的放大、波导合成单元的功率合成后，经过输出端的双定向耦合检波单元得到待显示的输出功率。
第三方面，本发明提供一种功率合成放大装置，包括：第一方面所述的功率合成放大器、设置于功率合成放大器上腔的散热器和设置于功率合成放大器下腔的调谐螺钉。
第四方面，本发明提供一种功率合成放大系统，包括：第三方面所述的功率合成放大装置和上位机；所述功率合成放大装置将得到的待显示的输入功率和输出功率发送至上位机进行显示。
第五方面，本发明提供一种发射机，包括第四方面所述的功率合成放大系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明采用功分-放大-合成-耦合-检波一体化设计，将功率分配、放大、合成、耦合、检波、散热和电源控制电路集成于一体，将耦合检波单元集成在功率合成放大器内部，不仅缩短了输出通路，减小了通路损耗，提高了合成效率，还有利于整机的小型化设计，同时通过调谐螺钉调节耦合单元的耦合度和耦合频响，方便简单。
本发明采用双层散热器结构，不仅在腔体下部集成了散热器，还在腔体上部设计和上腔一体化的散热器，上腔的散热器不再单独加工而是将上腔与散热器设计为一体，通过一体化加工实现两者的完美结合；通过正反两面的高效散热器，可以加倍增大腔体的散热面积，保证腔体热量可以及时传导至散热器，以达到迅速均热的效果，提高散热效率。
本发明采用偏置一体化高隔离低串扰结构，将偏置板与腔体相结合，把模块的加电电路直接集成安装在模块下腔，减少了连接两者的供电线数量，便于每个芯片的电源管理，同时提高了正负电之间的隔离，避免了供电线之间相互串扰的问题，降低了抑制串扰问题的成本，保证了芯片电压的稳定性，提升了输出功率的稳定性。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1提供的一种功率合成放大器结构示意图；
图2为本发明实施例3提供的一种功率合成放大装置调谐螺钉结构示意图；
图3为本发明实施例3提供的一种功率合成放大装置双面散热器结构效果图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
本实施例针对放大器的合成效率低、散热效率低以及输出功率稳定性低问题，采用功分-放大-合成-耦合-检波-偏置-散热一体化技术，在原有的合成器结构中，加入耦合器部分，将耦合器与合成器相结合，减少因加工和装配等误差带来的损耗，提升合成效率；可用于毫米波信号放大，应用在无线通信系统、雷达干扰机、侦察机与电子装备等领域。
如图1所示，本实施例提供一种功率合成放大器，包括：波导功分单元、单定向耦合检波单元、功率放大单元、波导合成单元和双定向耦合检波单元；
输入信号经波导功分单元进行多级波导功分后，其中一路功分信号经输入端的单定向耦合检波单元后得到待显示的输入功率；
多级波导功分后的多路功分信号依次经功率放大单元的放大、波导合成单元的功率合成后，经过输出端的双定向耦合检波单元得到待显示的输出功率。
在本实施例中，所述单定向耦合检波单元包括单定向耦合单元和检波单元；
输入信号首先经过波导功分单元，经过波导功分后，其中一路输入信号经过输入端的单定向耦合单元，将耦合后的信号经过检波单元的检波后输出，可反馈至上位机进行显示。
在本实施例中，输入信号最初经过波导功分单元，被分为两路信号，两路信号经过输入端的单定向耦合单元后，再进行两级的波导功分，即得到8路功分信号。
在本实施例中，在功率放大单元之前，还包括波导-探针单元，所述波导-探针单元包括波导-单探针单元和波导-双探针单元；
8路功分信号经过波导-单探针单元，由探针将功分信号耦合到微带通路上，经微带线传输到功率放大单元处进行功率放大；
8路功分信号完成功率放大后，再次通过波导-双探针单元耦合到波导通路上，且波导-双探针单元将2路相邻信号合成为1路。
在本实施例中，将放大后的功分信号经过波导合成单元进行功率合成，当8路信号合成为1路信号时，将合并后的信号经过双定向耦合检波单元，靠近波导合成结构的为反向耦合，靠近输出端口的为正向耦合；
所述双定向耦合检波单元包括双定向耦合单元和检波单元，信号经过双定向耦合单元时，耦合出的信号经过检波单元处的检波芯片进行信号检波，最后输出至偏置板上处理，主信号在通过双定向耦合单元后将输出至输出端口，得到输出功率，可反馈至上位机进行显示。
在本实施例中，输入端单定向耦合检波单元和输出端的双定向耦合检波单元，还可将耦合检波所得到的信号将反馈给整机电路，从而实现输入/输出功率的显示等功能。
由于现有技术中是在输出端单独添加一段波导定向耦合器，不仅加长了输出通路，影响了整机的小型化设计，而且由于毫米波频段波导尺寸小，加工难度大，若加工误差较大，会导致放大器模块与波导耦合器之间信号传输不畅，使得通路损耗加大，整机合成效率降低。而本实施例采用一体化设计方案，将耦合检波单元集成在合成器内部，与合成器通路一体化加工，不仅缩短了输出通路，减小了通路损耗，提高了合成效率，还有利于整机的小型化设计。
实施例2
本实施例提供一种功率合成放大器的实现方法，包括：
将输入信号经波导功分单元进行多级波导功分后，对一路输入信号经输入端的单定向耦合检波单元后得到待显示的输入功率；
将经多级波导功分后的多路输入信号依次经功率放大单元的放大、波导合成单元的功率合成后，经过输出端的双定向耦合检波单元得到待显示的输出功率。
实施例3
本实施例提供一种功率合成放大装置，包括：实施例1所述的功率合成放大器、设置于功率合成放大器上腔的散热器和设置于功率合成放大器下腔的调谐螺钉。
如图2所示，为了能对耦合单元进行调节，本实施例在功率合成放大器下腔设计调谐螺钉，通过调节调谐螺钉不仅可以对耦合单元的耦合度进行调节，还可以调整耦合单元的耦合频响，使得耦合器的指标满足设计需求，方便简单。
如图3所示，为了实现功率合成放大器的高效散热，其上腔将不再单独加装散热器，而是将上腔与散热器设计为一体，通过一体化加工实现两者的结合；同时采用双层散热器结构，保留下腔螺装的散热器，通过正反两面的高效散热器加倍增大散热面积，以达到迅速均热的效果，提高散热效率。解决现有技术中由于腔体和散热器加工时表面平坦度不能完全保证一致，导致两者贴合不紧凑使腔体的热量不能及时传导至散热器，而造成的散热效率较低的问题。
本实施例为了保证输出功率的稳定性，在每个功率合成放大器下腔设计加电板，由加电板产生的正负压对芯片进行供电，而在功率合成放大器外面只需一根加电线将电压由电源引至加电板即可，不仅减少了整机内部加电线供电，走线不便的难题，还保证了芯片供电电压的稳定性，使得输出功率稳定。
本实施例采用偏置一体化高隔离低串扰结构，该结构将偏置板与腔体相结合，减少了连接两者的供电线数量，便于每个芯片的电源管理，同时提高了正负电之间的隔离，避免了供电线之间相互串扰的问题，降低了抑制串扰问题的成本，保证输出功率的稳定性。
实施例4
本实施例提供一种功率合成放大系统，包括：实施例3所述的功率合成放大装置和上位机；所述功率合成放大装置将得到的待显示的输入功率和输出功率发送至上位机进行显示。
实施例5
本实施例提供一种发射机，包括实施例4所述的功率合成放大系统。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种功率合成放大器，其特征在于，包括：波导功分单元、单定向耦合检波单元、功率放大单元、波导合成单元和双定向耦合检波单元；
输入信号经波导功分单元进行多级波导功分后，其中一路功分信号经输入端的单定向耦合检波单元后得到待显示的输入功率；
多级波导功分后的多路功分信号依次经功率放大单元的放大、波导合成单元的功率合成后，经过输出端的双定向耦合检波单元得到待显示的输出功率。
2.如权利要求1所述的一种功率合成放大器，其特征在于，所述单定向耦合检波单元包括单定向耦合单元和检波单元；输入信号经过波导功分单元，被分为两路功分信号，两路功分信号经过输入端的单定向耦合单元后，再进行两级的波导功分，即得到8路功分信号。
3.如权利要求1所述的一种功率合成放大器，其特征在于，在波导功分单元和功率放大单元之间，还包括波导-探针单元，所述波导-探针单元包括波导-单探针单元和波导-双探针单元。
4.如权利要求3所述的一种功率合成放大器，其特征在于，多路功分信号经过波导-单探针单元，由单探针将多路功分信号耦合到微带通路上，经微带线传输到功率放大单元处进行功率放大，完成功率放大后，再次通过波导-双探针单元耦合到波导通路上。
5.如权利要求1所述的一种功率合成放大器，其特征在于，所述双定向耦合检波单元包括双定向耦合单元和检波单元，将功率合成的信号经双定向耦合单元后，经检波单元进行信号检波，波导合成单元的一侧为反向耦合，输出端口的一侧为正向耦合。
6.一种功率合成放大器的实现方法，其特征在于，包括：
将输入信号经波导功分单元进行多级波导功分后，对一路功分信号经输入端的单定向耦合检波单元后得到待显示的输入功率；
将经多级波导功分后的多路功分信号依次经功率放大单元的放大、波导合成单元的功率合成后，经过输出端的双定向耦合检波单元得到待显示的输出功率。
7.一种功率合成放大装置，其特征在于，包括：权利要求1-5任一项所述的功率合成放大器、设置于功率合成放大器上腔的散热器和设置于功率合成放大器下腔的调谐螺钉。
8.如权利要求7所述的一种功率合成放大装置，其特征在于，该装置采用双层散热器结构，所述双层散热器结构包括下腔螺装的散热器和与功率合成放大器上腔集成为一体的散热器；
或，在功率合成放大器下腔设置加电板，由加电板产生的正负压供电。
9.一种功率合成放大系统，其特征在于，包括：权利要求7-8任一项所述的功率合成放大装置和上位机；所述功率合成放大装置将得到的待显示的输入功率和输出功率发送至上位机进行显示。
10.一种发射机，包括权利要求9所述的功率合成放大系统。
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