CN112305507A - 一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件，包括第一级单刀双掷开关、移相器、第二级单刀双掷开关、第一级功率放大器、第二级功率放大器、单节隔离器、第三级功率放大电路、环形隔离器、限幅器、低噪声放大器、高通滤波器、低通滤波器、数控衰减器和补偿放大器。本发明的第三级功率放大电路包括氮化镓功率放大器，该电路采用单管功率放大的方式，相比于原本双管砷化镓功率合成放大的方式，保证相同增益的同时也保证同等功率输出，同时简化了功率放大电路设计拓扑，缩小了收发组件的体积，提高了收发组件的发射效率，改善了收发组件的散热效果。
Description
技术领域
本发明属于微波电路技术领域，具体涉及一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件。
背景技术
雷达收发组件是位于有源相控阵雷达的接收频综组合与天线单元之间的部分，即雷达收发组件输出端与天线单元相连，输入端与接收频综组合相连，构成一个雷达信号发射与接收的收发装置。
有源相控阵雷达中收发组件是十分关键的部件，决定了有源相控阵雷达的可靠性和成本。在雷达收发组件发射通道的设计中，出于输出大功率的考虑，往往采用双管功率合成输出的方式。在以往雷达收发组件的设计中，主要考虑的是实现最大饱和输出功率，而不能兼顾了体积和效率。
雷达收发组件主要由数控衰减器、数控移相器、多级固态功率放大器、限幅器、低噪声放大器、环行隔离器、各类高低频滤波器、逻辑驱动电路、功放电源等电路系统组成。在有源相控阵雷达中，雷达收发组件数量众多，其性能影响雷达整机的性能指标。因此研制大功率、高效率、小体积的雷达收发组件至关重要。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提出了一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件，该组件在保持功率不减少的情况下，缩小了收发组件的体积，提高了收发组件的发射效率。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件，包括第一级单刀双掷开关、移相器、第二级单刀双掷开关、第一级功率放大器、第二级功率放大器、单节隔离器、环形隔离器、限幅器、低噪声放大器、高通滤波器、低通滤波器、数控衰减器和补偿放大器、第三级功率放大电路；
所述环形隔离器分别和限幅器与第三级功率放大器相连；
所述限幅器、低噪声放大器、高通滤波器、低通滤波器、数控衰减器和补偿放大器、第二级单刀双掷开关、移相器、第一级单刀双掷开关依次相连；
所述第三级功率放大器、单节隔离器、第二级放大器、第一级放大器、第二级单刀双掷开关、移相器、第一级单刀双掷开关依次相连；
所述第三级功率放大电路包括：氮化镓功率放大器、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线、第六微带线，其中：
所述第六电容器的第一端为输入信号端，所述第六电容器的第二端连接第一微带线的第一端；所述第一微带线的第二端分别与第二微带线的第一端和氮化镓功率放大器的输入端相连；所述第二微带线的第二端分别与第三微带线的圆心端和第一电阻的第一端相连；所述第一电阻的第二端分别连接第二电容的第一端与第一电容的第一端；所述第二电容的第二端接地；所述第一电容外壳端接地；
所述氮化镓功率放大器的输出端分别与第四微带线的第一端和第五微带线的第一端相连；所述第五微带线的第二端分别与第六微带线的圆心端和第二电阻的第一端、第四电容的第一端、第三电容的第一端相连；所述第二电阻第二端与第五电容的第一端相连；所述第五电容的第二端接地；所述第四电容的第二端接地；所述第三电容的外壳端接地；所述第四微带线的第二端与所述第七电容的第一端相连，所述第七电容的第二端为信号输出端。
较优地，所述第三级功率放大器的工作频率为5.2GHz～5.9GHz，连续波饱和输出功率120W，功率增益大于12dB，附加效率大于60％。
较优地，所述第一微带线的第二端与所述第二微带线的第一端垂直连接；所述氮化镓功率放大器的输出端与所述第五微带线的第一端垂直相连。
较优地，所述第一电容和第三电容为穿心电容；所述第二电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容为旁路电容。
较优地，所述第三微带线、第六微带线均为：半径为1/4波导波长的扇形偏置线，圆心角度90°。.
较优地，所述第二微带线、第五微带线均为：长度为1/4波导波长的高阻偏置线，特性阻抗70欧姆。
较优地，所述第一微带线、第四微带线均为50欧姆微带线。
较优地，所述环形隔离器的插入损耗0.4dB，功率容量100W。
较优地，所述第一单刀双掷开关与第二单刀双掷开关插损2.2dB，隔离度45dB。
较优地，所述移相器为6位移相控制，插损5.6dB。
较优地，所述第一级功率放大器功率增益15dB，饱和输出功率21.5dBm。
较优地，所述第二级功率放大器功率增益30dB，饱和输出功率40dBm。
较优地，所述单节隔离器的插损0.3dB，隔离度45dB。
较优地，所述第三级功率放大器功率增益12dB，漏极效率60％，饱和输出功率51dBm。
较优地，所述低噪声放大器的增益为25dB，噪声系数为1.8dB。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明采用的第三级功率放大电路属于单管功率放大的方式，相比于原本双管砷化镓功率合成放大的方式，保证相同增益的同时也保证同等功率输出，
2、本发明采用氮化镓单管功率放大的方式，相对于先前的砷化镓双管合成放大的方式，避免了合成功率的带来的额外损失，由于氮化镓功放管相对于砷化镓功放管本身效率都高出不少，综合下来大大提高了收发组件的发射效率。
3、本发明采用单管氮化镓功率放大的方式，相对于先前的砷化镓双管合成放大的方式，由于效率提高，即耗散的热量减小，必然大大改善了收发组件的散热效果。
4、本发明采用..单管氮化镓功率放大的方式，相对于先前的砷化镓双管合成放大的方式，简化了电路的拓扑结构，减小了收发组件的体积。
附图说明
图1为本发明的具体实施例一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件的电路连接示意图；
图2为是本发明的具体实施例第三级功率放大电路的电路连接示意图。
其中：Rl、R2、Cl、C2、C3、C4、C5、C6、C7、W1、W2、W3、W4、W5、W6分别表示第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线、第六微带线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
参见图1，一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件，包括第一级单刀双掷开关、移相器、第二级单刀双掷开关、第一级功率放大器、第二级功率放大器、单节隔离器、第三级功率放大电路、环形隔离器、限幅器、低噪声放大器、高通滤波器、低通滤波器、数控衰减器和补偿放大器。
所述环形隔离器分别和限幅器与第三级功率放大电路相连。
所述限幅器、低噪声放大器、高通滤波器、低通滤波器、数控衰减器和补偿放大器、第二级单刀双掷开关、移相器、第一级单刀双掷开关依次相连。
所述第三级功率放大电路、单节隔离器、第二级放大器、第一级放大器、第二级单刀双掷开关、移相器、第一级单刀双掷开关依次相连。
其中，环形隔离器设置有收发共用端，所述环形隔离器的插入损耗0.4dB，功率容量100W。所述环形隔离器的插入损耗0.4dB，功率容量100W。
所述第一单刀双掷开关与第二单刀双掷开关插损2.2dB，隔离度45dB。所述移相器为6位移相控制，插损5.6dB。所述单节隔离器的插损0.3dB，隔离度45dB。
该述环行隔离器的一端连接天线，天线将接收信号经过环形隔离器进入限幅器，限幅器限制大功率反射信号的强度，保护后级电路的安全。而后接收信号进入低噪声放大器，低噪声放大器的增益为25dB，噪声系数为1.8dB，保证优良的信噪比后进入高通滤波器与低通滤波器，滤除杂波干扰。再后接收信号进入数控衰减器对接收信号进行幅度加权控制，后经过补偿放大器进行小功率放大后输出至第二级单刀双掷开关，再进入移相器进行接收移相控制，最后经过第一级单刀双掷开关输出至接收输出端口。上述输出情况时，第二级单刀双掷开关向下闭合，第一级单刀双掷开关向下闭合。
发射信号经过第一级单刀双掷开关后进入移相器，通过移相器后进入第二级单刀双掷开关。再进入第一级功率放大器，第一级功率放大器的功率增益15dB，饱和输出功率21.5dBm。放大后的信号再进入第二级功率放大器，第二级功率放大器的功率增益30dB，饱和输出功率40dBm。后通过单节隔离器输出至第三级功率放大器。第三级功率放大器采用氮化镓功率放大器，功率增益12dB，饱和输出功率51dBm.通过第三级功率放大电路后，经环形隔离器发射输出。上述输入情况时，第二级单刀双掷开关向上闭合，第一级单刀双掷开关向上闭合。
所述第三级功率放大器的工作频率为5.2GHz～5.9GHz，连续波饱和输出功率120W，功率增益大于12dB，附加效率大于60％。
参见图2，所述第三级功率放大电路包括：氮化镓功率放大器、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第一微带线W1、第二微带线W2、第三微带线W3、第四微带线W4、第五微带线W5、第六微带线W6、氮化镓功率放大器，其中：
所述第六电容C6器的第一端为输入信号端，所述第六电容C6器的第二端连接第一微带线W1的第一端；所述第一微带线W1的第二端分别与第二微带线W2的第一端和氮化镓功率放大器的输入端RFin引脚相连；所述第二微带线W2的第二端分别与第三微带线W3的圆心端和第一电阻R1的第一端相连；所述第一电阻R1的第二端分别连接第二电容C2的第一端与第一电容C1的第一端；所述第二电容C2的第二端接地；所述第一电容C1外壳端接地。
所述氮化镓功率放大器的输出端RFout引脚分别与第四微带线W4的第一端和第五微带线W5的第一端相连；所述第五微带线W5的第二端分别与第六微带线W6的圆心端和第二电阻R2的第一端、第四电容C4的第一端、第三电容C3的第一端相连；所述第二电阻R2第二端与第五电容C5的第一端相连；所述第五电容C5的第二端接地；所述第四电容C4的第二端接地；所述第三电容C3的外壳端接地；所述第四微带线W4的第二端与所述第七电容C7的第一端相连，所述第七电容C7的第二端为信号输出端。
其中，Vgs为第三级功率放大电路的栅极-源极电压，Vds为第三级功率放大电路的漏极-源极电压，二者均为外部提供的电压。
其中，所述第一微带线W1的第二端与所述第二微带线W2的第一端垂直连接；所述氮化镓功率放大器的输出端与所述第五微带线W5的第一端垂直相连。
所述第一电容C1和第三电容C3为穿心电容；所述第二电容C2、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7为旁路电容。
所述第三微带线W3、第六微带线W6均为：半径为1/4波导波长的扇形偏置线，圆心角度90°。..
所述第二微带线W2、第五微带线W5均为：长度为1/4波导波长的高阻偏置线，特性阻抗70欧姆。
所述第一微带线W1、第四微带线W4均为50欧姆微带线。
综上所述，本发明具体实施例采用的第三级功率放大电路属于单管功率放大的方式，相比于原本双管功率合成放大的方式，保证相同增益的同时也保证同等功率输出，同时简化了功率放大电路设计拓扑，缩小了收发组件的体积，提高了收发组件的发射效率，改善了收发组件的散热效果。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件，包括第一级单刀双掷开关、移相器、第二级单刀双掷开关、第一级功率放大器、第二级功率放大器、单节隔离器、环形隔离器、限幅器、低噪声放大器、高通滤波器、低通滤波器、数控衰减器和补偿放大器；其特征在于，还包括第三级功率放大电路；
所述环形隔离器分别和限幅器与第三级功率放大器相连；
所述限幅器、低噪声放大器、高通滤波器、低通滤波器、数控衰减器和补偿放大器、第二级单刀双掷开关、移相器、第一级单刀双掷开关依次相连；
所述第三级功率放大器、单节隔离器、第二级放大器、第一级放大器、第二级单刀双掷开关、移相器、第一级单刀双掷开关依次相连；
所述第三级功率放大电路包括：氮化镓功率放大器、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线、第六微带线，其中：
所述第六电容器的第一端为输入信号端，所述第六电容器的第二端连接第一微带线的第一端；所述第一微带线的第二端分别与第二微带线的第一端和氮化镓功率放大器的输入端相连；所述第二微带线的第二端分别与第三微带线的圆心端和第一电阻的第一端相连；所述第一电阻的第二端分别连接第二电容的第一端与第一电容的第一端；所述第二电容的第二端接地；所述第一电容外壳端接地；
所述氮化镓功率放大器的输出端分别与第四微带线的第一端和第五微带线的第一端相连；所述第五微带线的第二端分别与第六微带线的圆心端和第二电阻的第一端、第四电容的第一端、第三电容的第一端相连；所述第二电阻第二端与第五电容的第一端相连；所述第五电容的第二端接地；所述第四电容的第二端接地；所述第三电容的外壳端接地；所述第四微带线的第二端与所述第七电容的第一端相连，所述第七电容的第二端为信号输出端。
2.如权利要求1所述的一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件，其特征在于：
所述第三级功率放大器的工作频率为5.2GHz～5.9GHz，连续波饱和输出功率120W，功率增益大于12dB，附加效率大于60％。
3.如权利要求1所述的一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件，其特征在于：所述第一微带线的第二端与所述第二微带线的第一端垂直连接；所述氮化镓功率放大器的输出端与所述第五微带线的第一端垂直相连。
4.如权利要求1所述的一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件，其特征在于：所述第一电容和第三电容为穿心电容；所述第二电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容为旁路电容。
5.如权利要求1所述的一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件，其特征在于：所述第三微带线、第六微带线均为：半径为1/4波导波长的扇形偏置线，圆心角度90°。
6.如权利要求1所述的一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件，其特征在于：所述第二微带线、第五微带线均为：长度为1/4波导波长的高阻偏置线，特性阻抗70欧姆。
7.如权利要求1所述的一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件，其特征在于：所述第一微带线、第四微带线均为50欧姆微带线。
8.如权利要求1所述的一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件，其特征在于：所述环形隔离器的插入损耗0.4dB，功率容量100W。
9.如权利要求1所述的一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件，其特征在于：所述第一单刀双掷开关与第二单刀双掷开关插损2.2dB，隔离度45dB。
10.如权利要求1所述的一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件，其特征在于：所述移相器为6位移相控制，插损5.6dB。
11.如权利要求1所述的一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件，其特征在于：所述第一级功率放大器功率增益15dB，饱和输出功率21.5dBm。
12.如权利要求1所述的一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件，其特征在于：所述第二级功率放大器功率增益30dB，饱和输出功率40dBm。
13.如权利要求1所述的一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件，其特征在于：所述单节隔离器的插损0.3dB，隔离度45dB。
14.如权利要求1所述的一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件，其特征在于：所述第三级功率放大器功率增益12dB，漏极效率60％，饱和输出功率51dBm。
15.如权利要求1所述的一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件，其特征在于：所述低噪声放大器的增益为25dB，噪声系数为1.8dB。
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