CN116527099A - 一种c频段线性化放大控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种C频段线性化放大控制装置，包括由腔体和盖板盖和而成的壳体，壳体内设置有电路板，壳体的腔体上分别设置有散热器、风机、输入隔离器G1、输出隔离器G3、D型连接器、正向耦合口和反方向耦合口；所述的散热器和腔体一体加工，风机设置在散热器的背面；所述的输入隔离器G1、输出隔离器G3、D型连接器、正向耦合口、反方向耦合口分别通过螺钉固定在腔体同一侧端面。本发明通过在腔体和盖板盖合设置的结构上设置一体化散热器，内部设置结构紧凑的电路板，在电路板上通过对各个电路的优化设计，从而能够保证C频段线性化放大控制组件性能稳定的同时，又结构小巧、工作稳定及性能优越，从而使其可应用的领域大大提升。

Description

一种C频段线性化放大控制装置

技术领域

本发明涉及雷达测控技术领域，尤其涉及一种C频段线性化放大控制装置。

背景技术

目前，随着微波通信相关技术的快速发展，频谱密度、频谱质量、信道宽度及小型化、低成本和高可靠性的产品需求与日俱增。线性化控制放大组件作为测控通信、雷达及卫星通信等系统的关键组成部分，其可靠性，稳定性等性能对系统至关重要。因此，设计出性能优良、可靠性高的C频段线性化放大控制组件，对未来航天测控、雷达、卫星通信等领域的发展，将有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种C频段线性化放大控制装置，能够满足目前我国地面通信测量设备小型化、机动性能的需要。

本发明采用的技术方案为：

一种C频段线性化放大控制装置，包括由腔体6 和盖板3盖和而成的壳体，壳体内设置有电路板1，壳体的腔体上分别设置有散热器8、风机5、输入隔离器G1、输出隔离器G3、D型连接器11、正向耦合口10和反方向耦合口7；

所述的散热器8和腔体6一体加工，风机5设置在散热器的背面；所述的输入隔离器G1、输出隔离器G3、D型连接器11、正向耦合口10、反方向耦合口7分别通过螺钉固定在腔体6同一侧端面。

所述的电路板1上设置有C频段线性化放大控制电路，所述的C频段线性化放大控制电路包括有电源电路、供电时序电路，控保电路和线性放大电路，D型连接器与电源电路的输入端连接；所述的线性放大电路包括依次连接的小信号放大器A1、数控衰减器D、模拟衰减器E、高增益放大器A2、温补衰减器P、第一放大器A3、射频开关K、低通滤波器f1、中功率芯片A4、中间隔离器G2、末级功放芯片A5、隔离器G3和滤波器f2，以及第一耦合器和第二耦合器、所述小信号放大器A1的输入端连接输入隔离器的输出端，滤波器f2的输出端为信号输出端，信号输出端分别通过第一耦合器和第二耦合器进行弱耦合后分别与正向耦合口10和反方向耦合口7连接，同时信号输出端与D型连接器连接；供电时序电路为功放电路及辅助电路提供电源

所述的数控衰减器采用HMC424。

所述的模拟衰减器采用HE041。

所述的温补衰减器采用PV系列衰减器。

所述的中功率芯片A4采用高增益功率芯片。

所述的末级功放芯片A5采用砷化镓功率芯片。

所述的输入隔离器和中间隔离器采用GT3A33，输出隔离器采用 GT3A31。

所述的耦合器采用微带枝节线设计

所述的收阻滤波器采用微带板结构，利用四节四分之一波长枝节线进行电路设计。

所述的腔体的尺寸为180mmx 110mm x 56mm。

本发明通过在腔体和盖板盖合设置的结构上设置一体化散热器，内部设置结构紧凑的电路板，在电路板上通过对各个电路的优化设计，从而能够保证C频段线性化放大控制组件性能稳定的同时，又结构小巧、工作稳定及性能优越，从而使其可应用的领域大大提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的电路原理框图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明图2相对的反面结构示意图。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、2和3所示，本发明包括由腔体6 和盖板3盖和而成的壳体，壳体内设置有电路板，壳体的腔体上分别设置有散热器8、风机5、输入隔离器G1、输出隔离器G3、D型连接器11、正向耦合口10和反方向耦合口7；

所述的散热器8和腔体6一体加工，风机5设置在散热器的背面；所述的输入隔离器12、输出隔离器9、D型连接器11、正向耦合口10、反方向耦合口7分别通过螺钉固定在腔体6同一侧端面。

所述的电路板1上设置有C频段线性化放大控制电路，所述的C频段线性化放大控制电路包括有电源电路、供电时序电路，控保电路和线性放大电路，D型连接器与电源电路的输入端连接；所述的线性放大电路包括依次连接的小信号放大器A1、数控衰减器D、模拟衰减器E、高增益放大器A2、温补衰减器P、第一放大器A3、射频开关K、低通滤波器f1、中功率芯片A4、中间隔离器G2、末级功放芯片A5、输出隔离器G3和滤波器f2，以及第一耦合器和第二耦合器、所述小信号放大器A1的输入端连接输入隔离器的输出端，滤波器f2的输出端为信号输出端，信号输出端分别通过第一耦合器和第二耦合器进行弱耦合后分别与正向耦合口10和反方向耦合口7连接，同时信号输出端与D型连接器连接；

其中，输入隔离器G1可以保证C频段线性化放大控制组件与前级电路之间的良好匹配，增强设备工作稳定性。输出隔离器G3起到匹配组件与后端电路作用，可以防止C频段线性化放大控制组件后端电路或天线反射过大，影响组件自身正常工作。

实际上使用时，小信号放大器A1根据放大器的电压电流值，限流保护电阻应该为18Ω；在电源入口处，加一个大容值电容，以滤除电源的高频波纹对放大器的影响。小信号放大器A1和中功率芯片A4中的放大器偏置电路设计应使其对射频主电路的微波特性影响尽可能小，即不应引入大的附加损耗、反射以及高频能量沿偏压电路的漏泄，并且结构尽可能紧凑。每相邻两级放大器之间都设置有隔直电容，可隔直流、通高频，它即承受功率管的直流电压又受到高频信号的作用，作为隔直电容阻抗的模值应足够小，以降低对电路的影响，对阻抗值的精确度要求不严。

电容器的谐振频率随电容量升高而降低。当电容器阻抗模值较小时，其容量往往较大，隔直电容的工作频率一般大于本身的固有谐振频率，此时电容器阻抗表现为感性，频率越高、电容量越大，其阻抗模值也就越大。因此选择隔直电容器时并非容量越大越好，应由实际工作状态并根据电容器的频率特性选择合适的电容量。

射频信号经输入隔离器，到达小信号放大器A1，经小信号放大器A1放大后，送至数控衰减器D ,其中，数控衰减器D有六个数控位，可实现30dB以上衰减，精度为0.5dB, 经D后，信号进一步送至模拟衰减器E，模拟衰减器E可实现10dB范围的衰减，精度可达到0.01dB，经模拟衰减器E后，再送至高增益放大器A2，在小信号放大器A1、数控衰减器D、模拟衰减器E与高增益放大器A2之间，通过ATC高Q值电容连接，以达到两级更好的匹配效果。

正向耦合口10可以提取正向射频小信号，至系统实时监视。反方向耦合口7可提取反射射频信号，送至系统实时监视。D型连接器11一方面可作为组件供电端口，为组件提供供电需求，另一方面也可作为组件与外界通信端口，可将组件内部电流、温度、故障、反射等工作状态事实上报，并接受系统射频开关、衰减、功率调节、电源开关等控制指令。盖板3通过螺钉紧固到腔体6上表面，使腔体形成封闭空间，一方可以面可以保护电路板1免受空气氧化腐蚀及尘埃污染，另一方面又可以防止腔体内外射频信号相互干扰及对外辐射，保证电路工作稳定性及安全性。

风机5固定在散热器8背面，风向朝向散热器，这样更有利于散热器内部空气流动，提高散热效率。

信号经高增益放大器A2进一步放大后，经温补衰减器P送至放大器A3进一步放大，放大后信号送至射频开关K，然后到达低通滤波器f1，经f1后，输出信号推动中功率芯片A4，经中功率芯片A4进一步放大后，经中间隔离器G2，将信号送达末级功放芯片A5，其中，中间隔离器G2可以实现中功率芯片A4和末级功放芯片A5之间良好匹配，经末级功放芯片A5放大后信号再经输出隔离器G3、滤波器f2后，由两路耦合器进行弱耦合，提取正反方向两种信号，最终输出。其中，输出隔离器G3主要防止外部反射过大，影响设备工作，滤波器f2为收阻滤波器，主要抑制接收带内信号输出。耦合器主路作为射频信号输出端的输出信号，两路耦合分量分别用于耦合监视信号和耦合检波信号。供电时序电路为功放电路及控保电路提供电源；控保电路包括故障检测电路、温度监测电路和其它指示电路，用于对各个参数或者指标进行显示提醒。故障检测电路对通过的电流进行检测，同时对外上报放大控制组件的工作电流是否正常。温度检测电路，检测模块工作温度，同时上报放大控制组件的工作温度是否正常。

小信号放大器A1提供一定的增益及信号放大功能。温补衰减器P可以根据温度变化，自动弥补温度变化引起的链路增益变化，保证组件整体工作状态相对稳定。射频开关k可响应组件外部系统指令，实现组件链路射频信号开关功能。

实际应用时，所述的数控衰减器D采HMC424,该数控衰减器有六位控制位，可实现步进0.5dB，总衰减量可达30dB以上大范围的衰减动态控制，从而实现大范围功率幅度调整。

所述的模拟衰减器E采HE041,单电压连续控制，可实现20dB以内高精度衰减控制，精度可达0.1dB以内，保证了功率设置精度。

所述的温补衰减器P采用PV系列衰减器，该温补衰减器具有良好的温度曲线特性，随温度变化，可实现线性增益自动调节，极大降低温度变化给设备带来的增益波动，保证设备工作稳定可靠。

所述的中功率芯片A4采用高增益功率芯片，该功率芯片在使用频段内具有高达30dB增益，同时具有一定的输出功率，在实现设备高增益的前提下，同时可以驱动末级功放芯片A5。

所述的末级功放芯片A5采用砷化镓功放芯片，具有较好的线性放大特性，同时具有较大的功率放大输出，能够满足通信多种指标需求。

所述的输入隔离器G1、中间隔离器G2采用GT3A33，该隔离器为微带嵌入式结构，便于与电路集成，同时具有良好的方向隔离性能，保证隔离器两端放大器良好的输入输出匹配效果。

所述的输出隔离器G3分别采用GT3A31,该隔离器输入端为带状结构，保证了与电路板的良好焊接特性，同时具有穿墙结构，易于装置安装，输出端为SMA接头，保证了与外部良好的链接，另外该隔离器具有较大的正向及反向功率曾受能力。所述的耦合器采用微带枝节线设计，易于与整个电路集成，便于装置小型化设计。

所述的谐波滤波器f1、收阻滤波器f2均采用开路多枝节尺寸渐变反射式工作模式进行设计，性能优越，便于集成，实现接收带与谐波滤波功能。

中间隔离器G2有助于增强射频开关f与后级电路匹配，同时可降低滤波器及后级电路对对射频开关的影响，保证开关抑制度。低通滤波器f1可以保证通带内信号良好通过，同时对高端谐波进行抑制，降低谐波对接收信号干扰。输入隔离器G1可以增强低通滤波器与小信号放大器A1之间的级联匹配，降低链路之间信号串扰。小信号放大器A1除了可以提供一定增益外，号可以将信号放大到一定幅度，用以驱动中功率高增益放大器A2。中功率高增益放大器A2采用多路供电，能搞提供高达30dB增益，同时将信号放大到中功率水平，用以驱动末级功放芯片A5。输出隔离器G3可是实现高增益放大器A2与末级功放芯片A5之间的良好匹配，同时降低链路自激现象发生，保证组件稳定工作。末级功放芯片A5可以将来自输出隔离器G3信号放大到 20W以上量级，以满足设备功率电平要求。收阻滤波器f2可将来末级功放芯片A5的信号进行接收带内频谱滤波处理，降低输出信号对接收信号的干扰，同时保证通带内信号良好通过，经滤波后信号通过输出隔离器G3，最终经馈线送达天线或其他设备。数控驱动电路可为数控衰减器D各个数控位提供控制电压，保证数控衰减器D正常工作。检错电路可以实时监测组件工作状态，并上报系统监控。时序23可保护各放大芯片供电安全，并为组件提供所有供电需求。温度采样点路可实时采集组件工作温度信息，上报监控系统，进行实时监测。耦合32可提取正向输出小信号，送至系统进行实时监测输出信号状态。本申请通过上述部件的设计，使C频段线性化放大控制组件整体重量1.4kg,可通过安装孔用过螺钉固定在设备表面或机箱内部，尺寸为180mmx 110mm x 56mm。

本申请通过采用时序电路用来控制每个功放芯片正负电压供电或断电顺序，为保证芯片不被损坏，供电时，保证负压先于正压（一般几个微秒），断电时，保证正压先于负压（一般几个微秒）。由于功放芯片正压有两种，因此，采用两个PMOS管共用一个门限负压，提供两种正压值。以达到同时给多个功放芯片供电要求。

本申请中所述的偏置电路可以用来消除供电电路与射频电路连接点给射频主路带来的影响。本发明实际使用时，摒弃传统900扇形枝节线设计思路，采用了全新的600伞形枝节线，该种结构体积小，便于集成，而且性能优越。该部分集成在射频电路板上。

本申请中所述的收阻滤波器f2既要保证较小的通带内损耗，又可用来抑制功放自身在接收频带内产生的噪声（或杂波），避免对接收机产生干扰。实际使用时，该滤波器采用微带板结构，利用四节四分之一波长枝节线进行设计，结构小巧，便于集成于射频电路，另外，该结构通带损耗较小，降低散热压力，提高了功放整机效率，该部分集成于射频电路板上。

低通滤波器f1一般用来抑制射频高端信号，本发明中的低通滤波器主要用来抑制谐波信号，降低对接收机信号干扰，又可展宽工作频率带宽，降低双边带损耗，实现整个工作频带内良好的平坦度指标。该低通滤波器为微带结构，结构简单，容易加工，为降低安装误差，提高整体技术指标，和电路板集成在一起，进行一体加工。

本发明C频段线性化放大控制组件采用多功能电路一体化集成设计、多级级联放大技术、谐波及收阻滤波器技术，具有电流、温度、故障、正向输出及反向输出指示，具有以下显著优点：

本发明C频段线性化功放组件采用射频电路、供电电路、滤波电路一体化设计，采用结构紧凑功率合成及功率分配电路结构，具有以下显著优点：

1、固态设计，可靠性高、寿命长、安全性好。

2、采用多种电路一体化集成设计，结构紧凑，体积小、质量轻、安装方便、比较适用于机动设备。

3、滤波器组件采用开路多枝节尺寸渐变反射式工作模式进行设计，性能优越，便于集成，不仅实现了固态功放体积最小化，更保证了设备工作的稳定性。

4、具有电流、温度、故障、正向输出反向输出指示，监控功能完善，控保设计合理，提高了设备的可靠性，降低了系统的任务风险。

5、通过计算机仿真技术，对供电电源、微波电路、散热装置及控保和检测电路的结构布局、电气性能等进行一体化集成设计，

本发明实现近端供电，结构紧凑、散热良好，大大提高了组件工作效率。

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“ 中心”，“ 横向”、“ 纵

向”、“ 长度”、“ 宽度”、“ 厚度”、“ 上”、“ 下”、“ 前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”、“ 顺时针”、“ 逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“ 第一”、“ 第二”等是用于

区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，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。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行较详细的说明，但本发明不限于这里所述的特定实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等有效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种C频段线性化放大控制装置，其特征在于：包括由腔体 和盖板盖和而成的壳体，壳体内设置有电路板，壳体的腔体上分别设置有散热器、风机、输入隔离器G1、输出隔离器G3、D型连接器、正向耦合口和反方向耦合口；

所述的散热器和腔体一体加工，风机设置在散热器的背面；所述的输入隔离器G1、输出隔离器G3、D型连接器、正向耦合口、反方向耦合口分别通过螺钉固定在腔体同一侧端面；

所述的电路板上设置有C频段线性化放大控制电路，所述的C频段线性化放大控制电路包括有电源电路、供电时序电路，控保电路和线性放大电路，D型连接器与电源电路的输入端连接；所述的线性放大电路包括依次连接的小信号放大器A1、数控衰减器D、模拟衰减器E、高增益放大器A2、温补衰减器P、第一放大器A3、射频开关K、低通滤波器f1、中功率芯片A4、中间隔离器G2、末级功放芯片A5、隔离器G3和滤波器f2，以及第一耦合器和第二耦合器、所述小信号放大器A1的输入端连接输入隔离器的输出端，滤波器f2的输出端为信号输出端，信号输出端分别通过第一耦合器和第二耦合器进行弱耦合后分别与正向耦合口和反方向耦合口连接，同时信号输出端与D型连接器连接；供电时序电路为功放电路及辅助电路提供电源。

2.根据权利要求1所述的C频段 线性化放大控制装置，其特征在于：所述的数控衰减器采用HMC424。

3.根据权利要求1所述的C频段线性化放大控制装置，其特征在于：所述的模拟衰减器采用HE041。

4.根据权利要求1所述的C频段线性化放大控制装置，其特征在于：所述的温补衰减器采用PV系列衰减器。

5.根据权利要求1所述的C频段线性化放大控制装置，其特征在于：所述的中功率芯片A4采用高增益功率芯片。

6.根据权利要求1所述的C频段线性化放大控制装置，其特征在于：所述的末级功放芯片A5采用砷化镓功放芯片。

7.根据权利要求1所述的C频段线性化放大控制装置，其特征在于：所述的输入隔离器和中间隔离器采用GT3A33，输出隔离器采用 GT3A31。

8.根据权利要求1所述的C频段线性化放大控制装置，其特征在于：所述的耦合器采用微带枝节线设计。

9.根据权利要求1所述的C频段线性化放大控制装置，其特征在于：所述的收阻滤波器f2、谐波滤波器f1均采用开路多枝节尺寸渐变反射式工作模式进行设计，性能优越，便于集成，枝节线进行电路设计。

10.根据权利要求1所述的C频段线性化放大控制装置，其特征在于：所述的腔体的尺寸为180mmx 110mm x 56mm。