CN113141743A - 一种固态微波功率合成驱动模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固态微波功率合成驱动模块，包括有高速开关、相位调整模块、多级驱动模块、可调衰减模块、末级驱动模块，各个模块依次相连，采用模块一体集成设计。高速开关采用两级或多级串联的方式来提高开关隔离度。相位调整模块在一定调整电压范围内，可以实现0‑360°的相位调整。多级驱动模块的串联，可以有效降低幅度受相位变化的影响，N级驱动功放的输出幅度变化可以控制在±0.2dB以内；之后串联一个或多个可调衰减模块，可以进一步实现提高隔离度、增大衰减度的效果。在每一级串联之前，要先串联一组π形电阻，这样可以进一步减小整个电路的驻波，提高每一级模块之间隔离度。

Description

一种固态微波功率合成驱动模块
技术领域
本发明涉及固态微波领域，尤其是涉及适用于高功率固态微波合成领域。
背景技术
磁控管、速调管这类真空器件一直是千瓦级高功率微波源的主流，但是随着半导体技术的发展，单片可以输出几百瓦功率的半导体器件研发日趋成熟，同时价格也在不断下降，以这种半导体固态器件的固态微波源逐渐成为主流。
高功率固态微波源主要通过多路合成的方式来实现，微波功率合成的核心就是各个模块的相位幅度一致性。尤其是高频功放模块，很难保证各个功放模块的相位幅度一致性，LDMOS、GaN这些常用的半导体功放芯片，由于内部键合金线的差异，每个芯片本身相位差异在±3°-5°，通常的合成方式直接将各个功放模块接在合路器的输入端，在保证功放模块一致性的情况下，每个功放模块输出功率可以保证在±0.5dB,但是由于电感电容批次不同，相位往往差异较大，尤其是＞1G的高频领域，频率越高，波长越短，相位受焊接方式、电容电感位置的影响更大，造成的结果就是合成效率极低，不但散热量极大，而且需要的功放模块众多，无疑大大增加了成本。
随着高功率固态微波源的发展，近几年出现在功放模块中增加调相模块，在一定程度上提高了合成效率，数字移相器和模拟移相器中，通过一定的电压调节可以达到一定范围内的相位变化，如果相位变化超过45°，功率变化会急剧变大，0-360°相位变化范围内，功率变化范围最高在±2dB。在增加相位一致性的同时增加了幅度的不一致性，因此该方式只适用于相位变化不大范围内的微波合成。
但是大部分情况下，尤其是高频情况下，可以在物理结构上保证模块一致性，但是由于芯片内部的原因，相位仍然不可避免的有很大差异，需要更大范围的相位调节，这时显然上述方式不再适用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种固态微波功率合成驱动模块，很好的解决了这个问题，增加相位调整模块的同时，增加了至少两级驱动模块，这样至少保证有一级是饱和输出，同时后面串联一个可调衰减模块，之后串联一个驱动模块，在相位调整的同时可以做到功率的调整，而且相位和功率的调整相互独立，互不影响。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种固态微波功率合成驱动模块，包括依次相连的高速开关、相位调整模块、多级驱动模块组成的驱动模块组、可调衰减模块、末级驱动模块；所述模块之间连接有π型电阻电路；
所述高速开关模块采用多级串联的方式来提高开关隔离度；
所述相位调整模块用于在一定调整电压范围内，实现0-360°的相位调整；
所述驱动模块组包括多级驱动模块串联，每个驱动模块是以独立输出不大于24dBm的小型功放芯片为核心的功放电路，通过多级驱动模块串联，有效降低幅度受相位变化的影响，多级驱动功放的输出幅度变化控制在±0.2dB以内。
进一步的，所述相位调整模块为数字调相模块，或为模拟调相模块，用于最大实现0-360°全相域调节。
进一步的，所述多级驱动模块，至少为两级，或根据幅度平坦度的要求，增加串联级数。
进一步的，所述可调衰减模块在多级驱动模块之后，根据功率变化范围的大小选择可调衰减模块的串联级数。
进一步的，所述末级驱动模块用于满足末级功放的输入要求。
进一步的，所述模块之间连接有π型电阻电路，用于根据级间功率大小调整衰减倍数，以及增加隔离度，进一步减小驻波。
本发明的优点是：
本发明的微波功率合成模块，在相位调整模块之后串联两级(或多级)驱动，彻底解决了以往微波功率合成直接合成或是只有相位调整时合成效率低、散热量大、成本高等弊端，利用相位调整之后采用多级驱动，可以在全相域有效的降低相位对功率的影响，功率平坦度可以做到0.2dB,相位调整和功率调整可以独立进行，互不影响。固态微波合成尤其是高频难点在于相位幅度的一致性不可控，功放模块采用真空共晶炉等设备焊接加工幅度一致性方面基本可以保证≤1dB,但是相位受芯片本身内部键合金线影响一致性不高，尤其是高频领域一致性甚至在±15°，不同批次的相位一致性则更差，相位调整范围一旦过大，会影响幅度的变化，反而会增加微波合成的难度，本发明可以实现在相位调整过程中幅度变化在±0.2dB,保证功率输出的平坦度，同时可以实现幅度的独立调整，满足末级功放的输入要求。本发明在微波合成领域具有重大的参考意义，有利于固态微波源向更高功率发展。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
根据本发明的实施例，如图1所示，一种固态微波功率合成驱动模块，包括高速开关模块1、相位调整模块2、驱动模块组3、可调衰减模块4、末端驱动模块5，各个模块依次相连，进行模块一体化设计。
所述高速开关模块1可以采用HMC284射频开关芯片两级或多级串联的方式来提高开关隔离度。本发明的高速开关隔离度≥35dB，切断时间≤10ns。
所述相位调整模块2在一定调整电压范围内，可以实现0-360°的相位调整。
所述驱动模块组3包含N(N≥2)级驱动模块串联，每个驱动模块是以独立输出不大于24dBm的小型功放芯片为核心的功放电路，通过多级驱动模块串联，可以有效降低幅度受相位变化的影响，对于小功率驱动芯片而言，P1dBm认为是饱和输出，增益一般在10-20dB左右，由于相位变化带来的衰减可以达到5dB，所以如果相位模块跟一级驱动模块的话，对功率输出而言势必会有较大范围波动，后面串联一级或多级驱动，可以减少输出功率波动范围，N级驱动功放的输出幅度变化可以控制在±0.2dB以内；
所述可调衰减模块4可以包括一级或多级串联，进一步实现提高隔离度、增大衰减度的效果。可选的，所述可控衰减模块可以按照需求实现≥40dB的衰减范围；
所述末端驱动模块5可以调节最终输出，可以实现在相位变化360°范围内，功率的增加只取决于幅度调节电压，相位的变化不再影响功率的变化。可控衰减模块之后接着所述模块驱动模块5，作用是一旦衰减过大，同样可以满足末级功放的输入要求。
在每一级串联之前，要先串联一组π形电阻，这样可以进一步减小整个电路的驻波，提高每一级模块之间隔离度，π形电阻组成一个衰减器，既可以减少整个电路的驻波，也可以根据需求灵活设置衰减倍数。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (6)

1.一种固态微波功率合成驱动模块，其特征在于：包括依次相连的高速开关、相位调整模块、多级驱动模块组成的驱动模块组、可调衰减模块、末级驱动模块；所述模块之间连接有π型电阻电路；
所述高速开关模块采用多级串联的方式来提高开关隔离度；
所述相位调整模块用于在一定调整电压范围内，实现0-360°的相位调整；
所述驱动模块组包括多级驱动模块串联，每个驱动模块是以独立输出不大于24dBm的小型功放芯片为核心的功放电路，通过多级驱动模块串联，有效降低幅度受相位变化的影响，多级驱动功放的输出幅度变化控制在±0.2dB以内。
2.根据权利要求1所述的一种固态微波功率合成驱动模块，其特征在于：所述相位调整模块为数字调相模块，或为模拟调相模块，用于最大实现0-360°全相域调节。
3.根据权利要求1所述的一种固态微波功率合成驱动模块，其特征在于：所述多级驱动模块，至少为两级，或根据幅度平坦度的要求，增加串联级数。
4.根据权利要求1所述的一种固态微波功率合成驱动模块，其特征在于：所述可调衰减模块在多级驱动模块之后，根据功率变化范围的大小选择可调衰减模块的串联级数。
5.根据权利要求1所述的一种固态微波功率合成驱动模块，其特征在于：所述末级驱动模块用于满足末级功放的输入要求。
6.根据权利要求1所述的一种固态微波功率合成驱动模块，其特征在于：所述模块之间连接有π型电阻电路，用于根据级间功率大小调整衰减倍数，以及增加隔离度，进一步减小驻波。
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