CN117278111A - 一种l～s波段功放组件 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种L～S波段功放组件，包括壳体、设置在壳体一侧的输入接口、设置在壳体内部的若干功放单元、一级功分器和输出接口；输入接口与一级功分器的信号输入口相连接；功放单元包括二级功分器和多个功放链路，一级功分器的若干个信号输出口分别与多个二级功分器的信号输入口相连接；功放链路包括若干级功率放大器和平衡功率放大组件，最后一级功率放大器的信号输出口与平衡功率放大组件的信号输入口相连接，平衡功率放大组件的信号输出口与输出接口相连接；通过平衡功率放大组件的设置，改善输入、输出驻波比并保证每个功放链路的带外频率的滤波性能和过滤带内频率谐波的性能。

Description

一种L～S波段功放组件

技术领域

本公开涉及功放组件技术领域，具体涉及一种L～S波段功放组件。

背景技术

随着现代卫星通信技术的不断进步，飞行器的种类和数量呈现迅猛增加，全空域范围内的多目标同时测量通信需求愈来愈强烈，传统的解决办法都是在同一个站点部署多套天伺馈设备。卫星测控系统性能的提升，依赖于相控阵系统形成多个波束的能力。数字多波束形成（DBF）技术将传统的相控阵技术和现代阵列信号处理技术相结合，在数字域通过信号的乘、加运算，形成多波束，成为数字多波束天线的关键技术。同时为了完成不同频段的目标测控任务，要求数字组件具备宽频段工作能力；

中国专利CN112600573B公开了一种L或S频段可配置小型化多通道高功率数字发射组件，包括壳体，设置在壳体内部及侧面的发射链路和本振链路，发射链路包括伸出壳体侧面的输入接口，与输入接口相连的中频滤波器，中频放大器，一级频率选择开关，L频段驱动发射链路和S频段驱动发射链路，二级频率选择开关，末级大功率功放，L频段功率发射链路和S频段功率发射链路，输出接口；

上述专利通过采用电路集成一体化设计，将L/S双频段数字发射组件集成于一个组件，通过内部的选频链路实现两种频段的切换工作，不同于原有的宽带全覆盖的电路形式，解决了宽带频率下的电磁兼容问题，内部滤波器全部采用高Q值窄带滤波，实现信号的高频谱纯度；

但是上述专利需要通过选频链路进行频率筛选，从而导致上述方案的实时性存在问题，且每个链路仅对应某一单独波段，工作频段较窄，并需要通过对应的滤波器进行滤波处理，信号处理步骤较为繁琐；

中国专利CN108449054A公开了一种L～Ku波段高功率开关滤波功放组件及其加电、关电方法包括单刀六掷开关、六只功放模块、六只滤波器、单刀三掷开关、单刀四掷开关、电源及控制保护电路，射频信号从单刀六掷开关的公共端输入，单刀六掷开关的六路输出分别连接到六只功放模块的输入端，功放模块的输出端通过连接器分别连接滤波器的输入端，滤波器的输出端分别与单刀三掷开关的两个选通端和单刀四掷开关的四个选通端连接，单刀四掷开关的公共端连接单刀三掷开关的另外一个选通端，单刀三掷开关的公共端连接到射频信号输出端；

上述专利提供一种L～Ku波段高功率开关滤波功放组件及其加电、关电方法及装配方法，可以满足1.2～18GHz带宽，采用固态功放管、高功率开 关和滤波组件构成了一种高可靠性、低成本、小型化的宽带功放组件；

但是上述专利仍存在以下缺陷：

上述专利采用开关来实现不同频段切换，其输出功率和频率切换受限于开关，且开关在不同频率的插损不同，因此需要额外增加均衡器来改善平坦度；同时，上述专利的频率切换受限于开关，存在实时性的问题；并且，上述专利单个链路工作频段较窄，仅适配于一个波段并且需要相应的滤波器进行滤波处理。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本公开目的在于提供一种L～S波段功放组件，以解决现有技术中不同频段切换的实时性问题同时保证每个通道工作频段均保持在L～S波段（1000MGHz～4000MGHz）。

本公开所述的一种L～S波段功放组件，包括：壳体、设置在壳体一侧的输入接口、设置在壳体内部的若干功放单元、一级功分器和输出接口；

所述一级功分器包括信号输入口和若干个信号输出口，所述输入接口与所述一级功分器的信号输入口相连接；

所述功放单元包括二级功分器和多个功放链路，所述一级功分器的若干个信号输出口分别与多个所述二级功分器的信号输入口相连接；

所述功放链路包括若干级功率放大器和平衡功率放大组件，若干级所述功率放大器沿信号传输方向按照放大功率由小至大依次连接，最后一级所述功率放大器的信号输出口与所述平衡功率放大组件的信号输入口相连接，所述平衡功率放大组件的信号输出口与所述输出接口相连接，所述平衡功率放大组件用于过滤工作频带之外的频率以及抑制工作频带内的谐波。

优选地，所述的功放链路包括一级功率放大器、二级功率放大器和三级功率放大器；

所述平衡功率放大组件包括第一3dB电桥、两个四级功率放大器和第二3dB电桥；

所述第一3dB电桥和所述第二3dB电桥均包括四个接口，所述三级功率放大器的输出端、两个所述四级功率放大器的输入端分别与所述第一3dB电桥的三个接口相连接，余下的接口连接有负载，两个所述四级功率放大器的输出端、所述输出接口分别与所述第二3dB电桥的三个接口相连接。

优选地，所述的功放单元包括四个功放链路，所述一级功率放大器为0.25W功率放大器，所述二级功率放大器为2W功率放大器，所述三级功率放大器为5W功率放大器，所述四级功率放大器为20W功率放大器，所述第一负载和所述第二负载均为50Ω负载，所述第一3dB电桥和所述第二3dB电桥均为3dB90°电桥。

优选地，所述的L～S波段功放组件还包括控馈单元，所述控馈单元的数量与所述功放单元的数量相适配，所述控馈单元包括多个Vg端口和多个VD端口，多个所述Vg端口分别与所述一级功率放大器、所述二级功率放大器、所述三级功率放大器、两个所述四级功率放大器的栅极供电端连接；多个所述VD端口分别与所述一级功率放大器、所述二级功率放大器、所述三级功率放大器、两个所述四级功率放大器的漏极供电端连接；

所述控馈单元包括偏置保护电路、电压保护电路和温度保护电路；

所述温度保护电路与所述偏置保护电路相连接，所述偏置保护电路与所述电压保护电路相连接。

优选地，所述的壳体内部设置有四个一级衬块、四个二级衬块、四个三级衬块和八个四级衬块，所述一级功率放大器通过所述一级衬块与所述壳体可拆卸连接，所述二级功率放大器通过所述二级衬块与所述壳体可拆卸连接，所述三级功率放大器通过所述三级衬块与所述壳体可拆卸连接，所述四级功率放大器通过所述四级衬块与所述壳体可拆卸连接；

所述一级衬块的四个角处、所述二级衬块的四个角处、所述三级衬块的四个角处、所述四级衬块的四个角处均设置有安装孔；

所述三级衬块的中部沿所述三级功率放大器安装方向形成有凸起；

所述四级衬块的中部沿远离所述四级功率放大器安装方向形成有凹槽。

优选地，所述的一级功率放大器的输出端和所述二级功率放大器的输入端之间设置有一级隔墙；所述二级功率放大器的输出端和所述三级功率放大器的输入端之间设置有二级隔墙；所述三级功率放大器的输出端和所述第一3dB电桥的接口之间设置有三级隔墙。

本公开所述的一种L～S波段功放组件，其优点在于：

通过在三级功率放大器和输出端之间设置平衡功率放大组件而非简单增加四级功率放大器，改善输出功率，并有效改善输入、输出驻波比；同时，由于平衡功率放大组件的设置，使得每个功放链路工作频带外频率的滤波性能和工作频带内频率的谐波的过滤性能均得到保证，进而保证本公开所述的L～S波段功放组件中每个链路不需要增设滤波器即可实现过滤工作频带外的频率，同时工作频段能够覆盖整个L～S波段；

并且由于每个功率放大器与壳体之间使用模块化设计，即设置了相应的一级衬块、二级衬块、三级衬块和四级衬块，使得功率放大器和壳体之间的联系更加紧密，同时也方便单个功率放大器的更换。

附图说明

图1本公开所述一种L～S波段功放组件的原理框图；

图2是本公开所述功放单元的原理框图；

图3是所述平衡功率放大组件的原理框图；

图4是所述控馈单元的原理框图；

图5是所述功放单元的结构图。

附图标记说明：1-壳体，101-输入接口，102-输出接口，2-功放单元，21-二级功分器，22-一级功率放大器，23-二级功率放大器，24-三级功率放大器，25-平衡功率放大组件，251-第一负载，252-第一3dB电桥，253-四级功率放大器，254-第二3dB电桥，255-第二负载，3-一级功分器，4-控馈单元，5-一级衬块，6-二级衬块，7-三级衬块，71-凸起，8-四级衬块，81-凹槽，9-一级隔墙，10-二级隔墙，11-三级隔墙。

具体实施方式

如图1～图2所示，本公开的一种L～S波段功放组件，包括壳体1、设置在壳体1一侧的输入接口101、设置在壳体1内部的若干功放单元2、一级功分器3和设置在壳体1另一侧的输出接口102；

一级功分器3包括信号输入口和若干个信号输出口，输入接口101与一级功分器3的信号输入口相连接；

功放单元2包括二级功分器21和多个功放链路，一级功分器3的若干个信号输出口分别与多个二级功分器21的信号输入口相连接；

功放链路包括若干级功率放大器和平衡功率放大组件25，若干级功率放大器沿信号传输方向按照放大功率由小至大依次连接，最后一级功率放大器的信号输出口与平衡功率放大组件25的信号输入口相连接，平衡功率放大组件25的信号输出口与输出接口102相连接；

通过在最后一级功率放大器和输出接口102之间设置平衡功率放大组件25，该组件本身能够保证整个功放链路在工作频带内实现平坦的功率效益，并且能够具有较好的输入、输出驻波比；

同时，本公开利用平衡功率放大组件25中两个3dB电桥能够实现相位相消的原理，进而使得功放链路能够消除工作频带内的谐波；同时，由于带外波段相位不一致，幅度也不一致，从而在经过3dB电桥合成后，总能量减少，因此能够实现工作频带外的波段的过滤功能即实现滤波功能。

进一步的，由于工作频带内的谐波如主信号1GHz对应的谐波为2GHz、3GHz、4GHz均为工作频率，滤波器无法过滤这些谐波频率，但是谐波的产生又会影响输出功率，因此本公开利用相位相消原理来实现工作频带内的谐波；

如图3所示，平衡功率放大组件25包括第一3dB电桥252、两个四级功率放大器253和第二3dB电桥254；

第一3dB电桥252和第二3dB电桥254均包括四个接口，三级功率放大器24的输出端、两个四级功率放大器253的输入端分别与第一3dB电桥252的三个接口相连接，余下的接口连接有第一负载251或第二负载255，两个四级功率放大器253的输出端、输出接口102分别与第二3dB电桥254的三个接口相连接；

第一3dB电桥252是将输入信号分别给功分成两路，此时两路信号幅度相同但是相位相差180度，经过两个20W放大器放大，此时两路信号输出相位具有180度相位差，而谐波没有相位差，再将两路信号通过第二3dB电桥254进行合成，此时两路的幅度相同，但是相位相差360°，即A=A1cos(wt+θ)+A1cos(wt+θ+2π）=2* A1cos(wt+θ)，相当于功率叠加放大，而两路的谐波幅度相同，但是相位差180°相互抵消，即A=A1cos(wt+θ)+A1cos(wt+θ+π）=0。

进一步的，功放单元2包括四个功放链路，一级功率放大器22为0.25W功率放大器，二级功率放大器23为2W功率放大器，三级功率放大器24为5W功率放大器，四级功率放大器253为20W功率放大器，负载均为50Ω负载，第一3dB电桥252和第二3dB电桥254均为3dB90°电桥；

0.25W功率放大器、2W功率放大器和5W功率放大器均采用适用于高增益、高功率的GaN功率放大器，示例性的，本公开中0.25W功率放大器选用型号为LHA-1H+的功率放大器，2W功率放大器选用型号为CMPA0060002F的功率放大器，5W功率放大器选用型号为NPTB00004B的功率放大器，20W功率放大器选用型号为CGH40025的功率放大器；3dB电桥选用型号为HLD-T0175-3的3dB电桥。

通过上述设置，本公开所述的L～S波段宽带高功率多通道功放组谐波抑制高达13.6dBc，且输出功率在整个L～S波段都可以达到33W（45.2dBm）。

进一步的，还包括控馈单元4，控馈单元4的数量与功放单元2的数量相适配，控馈单元4包括多个Vg端口和多个VD端口，多个Vg端口分别与一级功率放大器22、二级功率放大器23、三级功率放大器24、两个四级功率放大器253的栅极供电端连接；多个VD端口分别与一级功率放大器22、二级功率放大器23、三级功率放大器24、两个四级功率放大器253的漏极供电端连接；

控馈单元4包括偏置保护电路、电压保护电路和温度保护电路，偏置保护电路、电压保护电路和温度保护电路均采用常规电路设计；温度保护电路与偏置保护电路相连接，偏置保护电路与电压保护电路相连接；

其中多个Vg端口包括Vg1-1，Vg1-2，Vg1-3，Vg1-4，Vg2-1，Vg2-2，Vg2-3，Vg2-4，Vg3-1，Vg3-2，Vg3-3，Vg3-4，Vg4-1-A，Vg4-2-A，Vg4-3-A，Vg4-4-A，Vg4-1-B，Vg4-2-B，Vg4-3-B，Vg4-4-B；

多个VD端口包括VD1-1，VD1-2，VD1-3，VD1-4，VD2-1，VD2-2，VD2-3，VD2-4，VD3-1，VD3-2，VD3-3，VD3-4，VD4-1-A，VD4-2-A，VD4-3-A，VD4-4-A，VD4-1-B，VD4-2-B，VD4-3-B，VD4-4-B；

Vg1-1，Vg1-2，Vg1-3，Vg1-4分别连接4路一级功率放大器22的栅极供电端，VD1-1，VD1-2，VD1-3，VD1-4分别连接4路一级功率放大器22的漏极供电端；

Vg2-1，Vg2-2，Vg2-3，Vg2-4分别连接4路二级功率放大器23的栅极供电端，VD2-1，VD2-2，VD2-3，VD2-4分别连接4路二级功率放大器23的漏极供电端；

Vg3-1，Vg3-2，Vg3-3，Vg3-4分别连接4路三级功率放大器24的栅极供电端，VD3-1，VD3-2，VD3-3，VD3-4分别连接4路三级功率放大器24的漏极供电端；

Vg4-1-A，Vg4-2-A，Vg4-3-A，Vg4-4-A分别连接4路四级功率放大器253的栅极供电端，VD4-1-A，VD4-2-A，VD4-3-A，VD4-4-A分别连接4路四级功率放大器253的漏极供电端；

Vg4-1-B，Vg4-2-B，Vg4-3-B，Vg4-4-B分别连接另外4路四级功率放大器253的栅极供电端，VD4-1-B，VD4-2-B，VD4-3-B，VD4-4-B分别连接另外4路四级功率放大器253的漏极供电端；

上述是控馈单元4中偏置保护电路与各级功率放大器之间的连接关系，温度保护电路和电压保护电路。

进一步的，如图5所示，壳体1内部设置有四个一级衬块5、四个二级衬块6、四个三级衬块7和八个四级衬块8，一级功率放大器22通过一级衬块5与壳体1可拆卸连接，二级功率放大器23通过二级衬块6与壳体1可拆卸连接，三级功率放大器24通过三级衬块7与壳体1可拆卸连接，四级功率放大器253通过四级衬块8与壳体1可拆卸连接；

一级衬块5的四个角处、二级衬块6的四个角处、三级衬块7的四个角处、四级衬块8的四个角处均设置有安装孔；

三级衬块7的中部沿三级功率放大器24安装方向形成有凸起71；

四级衬块8的中部沿远离四级功率放大器253安装方向形成有凹槽81；

三级衬块7和四级衬块8均采用紫铜材质；四级衬块8的底部与壳体1之间设置有铟片；

三级衬块7中部的凸起71和四级衬块8中部的凹槽81分别是为了适配三级功率放大器24和四级功率放大器253而设置，通过凸起71和凹槽81的设计使得三级衬块7和四级衬块8满足三级功率放大器24和四级功率放大器253的安装需求，进而使得安装后三级衬块7和三级功率放大器24装配紧密，四级衬块8和四级功率放大器253装配紧密。

进一步的，如图5所示，一级功率放大器22的输出端和二级功率放大器23的输入端之间设置有一级隔墙9；二级功率放大器23的输出端和三级功率放大器24的输入端之间设置有二级隔墙10；三级功率放大器24的输出端和第一3dB电桥252的接口之间设置有三级隔墙11；

由于各级功率放大器本身均具备反向隔离使得信号只沿传输方向传输，即本身具备一定防串扰能力，但是仍然会有部分电磁波通过微带线上表面辐射出去，进而可能发生串扰，影响相邻的功率放大器；同时由于整个链路的增益达到60dB左右且工作频段在1～4GHz，很容易自激，产生腔体效应；为了进一步降低射频信号串扰并且改善墙体效应，在相邻两级功率放大器之间设置隔墙，即一级功率放大器22的输出端和二级功率放大器23的输入端之间设置有一级隔墙9；二级功率放大器23的输出端和三级功率放大器24的输入端之间设置有二级隔墙10；三级功率放大器24的输出端和第一3dB电桥252的接口之间设置有三级隔墙11；一级隔墙9、二级隔墙10和三级隔墙11均呈“几”字型，可以方便工人安装。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本公开权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种L～S波段功放组件，其特征在于，包括：壳体（1）、设置在壳体（1）一侧的输入接口（101）、设置在壳体（1）内部的若干功放单元（2）、一级功分器（3）和输出接口（102）；

所述一级功分器（3）包括信号输入口和若干个信号输出口，所述输入接口（101）与所述一级功分器（3）的信号输入口相连接；

所述功放单元（2）包括二级功分器（21）和多个功放链路，所述一级功分器（3）的若干个信号输出口分别与多个所述二级功分器（21）的信号输入口相连接；

所述功放链路包括若干级功率放大器和平衡功率放大组件（25），若干级所述功率放大器沿信号传输方向按照放大功率由小至大依次连接，最后一级所述功率放大器的信号输出口与所述平衡功率放大组件（25）的信号输入口相连接，所述平衡功率放大组件（25）的信号输出口与所述输出接口（102）相连接，所述平衡功率放大组件（25）用于过滤工作频带之外的频率以及抑制工作频带内的谐波。

2.根据权利要求1所述L～S波段功放组件，其特征在于，所述功放链路包括一级功率放大器（22）、二级功率放大器（23）和三级功率放大器（24）；

所述平衡功率放大组件（25）包括第一3dB电桥（252）、两个四级功率放大器（253）和第二3dB电桥（254）；

所述第一3dB电桥（252）和所述第二3dB电桥（254）均包括四个接口，所述三级功率放大器（24）的输出端、两个所述四级功率放大器（253）的输入端分别与所述第一3dB电桥（252）的三个接口相连接，余下的接口连接有负载，两个所述四级功率放大器（253）的输出端、所述输出接口（102）分别与所述第二3dB电桥（254）的三个接口相连接。

3.根据权利要求2所述L～S波段功放组件，其特征在于，所述功放单元（2）包括四个功放链路，所述一级功率放大器（22）为0.25W功率放大器，所述二级功率放大器（23）为2W功率放大器，所述三级功率放大器（24）为5W功率放大器，所述四级功率放大器（253）为20W功率放大器，所述负载为50Ω负载，所述第一3dB电桥（252）和所述第二3dB电桥（254）均为3dB90°电桥。

4.根据权利要求3所述L～S波段功放组件，其特征在于，还包括控馈单元（4），所述控馈单元（4）的数量与所述功放单元（2）的数量相适配，所述控馈单元（4）包括多个Vg端口和多个VD端口，多个所述Vg端口分别与所述一级功率放大器（22）、所述二级功率放大器（23）、所述三级功率放大器（24）、两个所述四级功率放大器（253）的栅极供电端连接；多个所述VD端口分别与所述一级功率放大器（22）、所述二级功率放大器（23）、所述三级功率放大器（24）、两个所述四级功率放大器（253）的漏极供电端连接；

所述控馈单元（4）包括偏置保护电路、电压保护电路和温度保护电路；

所述温度保护电路与所述偏置保护电路相连接，所述偏置保护电路与所述电压保护电路相连接。

5.根据权利要求3所述L～S波段功放组件，其特征在于，所述壳体（1）内部设置有四个一级衬块（5）、四个二级衬块（6）、四个三级衬块（7）和八个四级衬块（8），所述一级功率放大器（22）通过所述一级衬块（5）与所述壳体（1）可拆卸连接，所述二级功率放大器（23）通过所述二级衬块（6）与所述壳体（1）可拆卸连接，所述三级功率放大器（24）通过所述三级衬块（7）与所述壳体（1）可拆卸连接，所述四级功率放大器（253）通过所述四级衬块（8）与所述壳体（1）可拆卸连接；

所述一级衬块（5）的四个角处、所述二级衬块（6）的四个角处、所述三级衬块（7）的四个角处、所述四级衬块（8）的四个角处均设置有安装孔；

所述三级衬块（7）的中部沿所述三级功率放大器（24）安装方向形成有凸起（71）；

所述四级衬块（8）的中部沿远离所述四级功率放大器（253）安装方向形成有凹槽（81）。

6.根据权利要求2所述L～S波段功放组件，其特征在于，所述一级功率放大器（22）的输出端和所述二级功率放大器（23）的输入端之间设置有一级隔墙（9）；所述二级功率放大器（23）的输出端和所述三级功率放大器（24）的输入端之间设置有二级隔墙（10）；所述三级功率放大器（24）的输出端和所述第一3dB电桥（252）的接口之间设置有三级隔墙（11）。