CN202261174U

CN202261174U - 功率放大器

Info

Publication number: CN202261174U
Application number: CN 201120395191
Authority: CN
Inventors: 张建华; 张惠儒; 栾鹤峰; 袁震宇; 贺正; 徐凌
Original assignee: Beijing Bbef Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Bbef Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2021-10-17

Abstract

本实用新型是有关于一种功率放大器，包括：控制装置和功率放大装置；功率放大装置包括：波导、波导传输线合成器、波导传输线、多个同轴波导转换器和多个功率放大模块；功率放大模块包括：第二功分器和多个功率放大子模块；功率放大子模块包括：第二前级功率放大单元、第三功分器、多个后级功率放大单元和功率合成器；第二前级功率放大单元的输入端与第二功分器的输出端连接，第二前级功率放大单元的输出端与第三功分器的输入端连接，后级功率放大单元的输入端与第三功分器的输出端连接，后级功率放大单元的输出端与功率合成器的输入端连接，所述功率合成器的输出端与同轴波导转换器连接。本实用新型能够满足高频率大功率的固态功率放大器的需求。

Description

功率放大器

技术领域

本实用新型涉及功率放大技术，特别是涉及一种高频率大功率的功率放大器。

背景技术

1.3GHz这个频率的功率放大器在电子加速器以及激光源等大功率领域中通常采用电子管以及速调管等管型功率放大器。

固态功率放大器由于其输出功率比较低，因此，在高频率(如1.3GHz)大功率技术领域中的应用比较少，其应用也多是限于将固态功率放大器作为高频率大功率的管型功率放大器的前级功放。

发明人在实现本实用新型过程中发现：随着科学技术的发展，人们对基础物理、光源以及超导等的研究不断的深入，在这些技术领域中存在用1.3GHz的固态功率放大器替代电子管及速调管等管型功率放大器产品的需求。对于1.3GHz来说，单只固态功率放大器的功率可以达到350W，如果要达到20kW功率或者更多功率就需要采用功率分配与合成技术，然而，采用现有的同轴合成技术根本不可能实现如此高功率的合成。

有鉴于上述现有的对高频率大功率的固态功率放大器的需求，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的功率放大器，能够满足现有的对高频率大功率的固态功率放大器的需求，使其更具有实用性。经过不断的研究设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本实用新型。

发明内容

本实用新型的目的在于，满足目前对高频率大功率的固态功率放大器的需求，而提供一种新型结构的功率放大器，所要解决的技术问题是，使多只固态功率放大器可以通过功率合成实现高频率大功率的全固态功率放大器，以满足上述需求，非常适于实用。

本实用新型的目的以及解决其技术问题可以采用以下的技术方案来实现。

依据本实用新型提出的一种功率放大器，包括：控制装置和与所述控制装置连接的功率放大装置；控制装置包括：第一前级功率放大单元、第一功分器和工控机，所述第一前级功率放大单元的输出端与所述第一功分器的输入端连接；所述功率放大装置包括：波导、波导传输线合成器、波导传输线、多个同轴波导转换器和多个功率放大模块，一个功率放大模块通过一个同轴波导转换器与波导传输线连接，同轴波导转换器通过波导传输线与波导传输线合成器连接，波导传输线合成器与波导连接；所述功率放大模块包括：第二功分器和多个功率放大子模块，所述第二功分器的输入端与所述第一功分器的一输出端连接，所述第二功分器的输出端与各功率放大子模块的输入端连接，各功率放大子模块通过同轴波导转换器与所述波导传输线连接；功率放大子模块包括：第二前级功率放大单元、第三功分器、多个后级功率放大单元和功率合成器，所述第二前级功率放大单元的输入端与所述第二功分器的输出端连接，所述第二前级功率放大单元的输出端与第三功分器的输入端连接，各后级功率放大单元的输入端与第三功分器的输出端连接，各后级功率放大单元的输出端与所述功率合成器的输入端连接，所述功率合成器的输出端与同轴波导转换器连接。

本实用新型的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

较佳的，前述的功率放大器，其中所述波导为方波导。

较佳的，前述的功率放大器，其中所述波导传输线合成器包括WR650波导腔。

较佳的，前述的功率放大器，其中一个所述后级功率放大单元包括一个功率放大盒和一个电源模块，和/或，所述第二前级功率放大单元包括一个功率放大盒和一个电源模块。

较佳的，前述的功率放大器，其中所述电源模块具有与所述工控机连接的接口。

较佳的，前述的功率放大器，其中一个所述功率放大子模块中的第二前级功率放大单元和各后级功率放大单元设置在一个冷水板上。

较佳的，前述的功率放大器，其中所述冷水板的入水端设置有流量计和/或水压表，所述流量计和/或水压表具有与所述工控机连接的接口。

较佳的，前述的功率放大器，其中所述冷水板的入水端和/或出水端设置有温度传感器。

较佳的，前述的功率放大器，其中一个所述功率放大子模块中的各功率放大盒放置在冷水板的上表面，各电源模块放置在冷水板的下表面。

较佳的，前述的功率放大器，其中冷水板的主体形状为圆形，一个所述功率放大子模块中的各后级功率放大单元的功率放大盒围绕所述冷水板的圆心围成圆形，一个所述功率放大子模块中的各后级功率放大单元的电源模块围绕所述冷水板的圆心围成圆形。

借由上述技术方案，本实用新型的功率放大器至少具有下列优点及有益效果：本实用新型通过采用波导、波导传输线合成器、波导传输线、多个同轴波导转换器以及多个功率放大模块，使本实用新型的功率放大器可以为应用于电子加速器、激光源以及超导等领域中的高频率大功率的全固态功率放大器；而且，本实用新型通过采用同轴转波导的形式，在一定程度上避免了波导占用空间大的问题，另外，本实用新型通过采用圆盘形式的水冷功放，进一步减小了功率放大器的空间占用；从而本实用新型满足了高频率大功率的固态功率放大器的需求，具有很好的应用前景，非常适于实用。

综上所述，本实用新型在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型的功率放大器的原理示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的功率放大器的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本实用新型的功率放大器包括：控制装置和功率放大装置，控制装置与该功率放大装置连接。

其中的控制装置主要用于对功率放大装置进行工作控制，且该控制装置主要包括：第一前级功率放大单元、第一功分器以及工控机，通常情况下，该控制装置还包括有配电模块和控制模块等部件。上述工控机可以采用工控机盒的形式，且上述控制模块可以采用控制盒的形式。控制装置可以放置在一个柜子中，该柜子可以称为控制柜。

控制装置中的第一前级功率放大单元即前级功率放大器，主要用于为功率放大装置提供驱动功率。第一前级功率放大单元的输出端与第一功分器的输入端连接。第一前级功率放大器可以尽量采用小功率的功放，且第一前级功率放大器可以采用自然散热方式，如不采用风机散热方式而通过增加第一前级功率放大器的散热面积的方式来保证第一前级功率放大器的良好散热。

控制装置中的第一功分器主要用于将第一前级功率放大单元输出功率分成多路，并分别提供给功率放大装置中的功率放大模块。第一功分器的一输出端与一功率放大模块的输入端连接。

控制装置中的工控机主要用于对功率放大装置的电流、电压以及温度等进行控制。

本实用新型的功率放大装置主要包括：波导(如采用方波导)、波导传输线合成器(如采用WR650波导腔)、波导传输线、多个同轴波导转换器以及多个功率放大模块。其中，一个功率放大模块通过一个同轴波导转换器与一波导传输线连接。同轴波导转换器通过波导传输线与波导传输线合成器连接。波导传输线合成器与波导连接。

功率放大装置所包含的功率放大模块的数量应根据实际的功率需求以及功率放大模块中的功率放大子模块的功率参数来设定，而同轴波导转换器的数量可根据所有的功率放大模块所包含的功率放大子模块的总数量来设定。另外，波导传输线合成器的数量与功率放大子模块的数量相关。

本实用新型中的一个功率放大模块包括：一个第二功分器和多个功率放大子模块。一个功率放大模块可以放置在一个柜子中，该柜子可以称为功放柜。当然，各功率放大模块也可以设置在同一个柜子中。

功率放大模块中的第二功分器的输入端与第一功分器的一输出端连接，第二功分器的输出端与其所在功率放大模块中的各功率放大子模块的输入端连接，一个功率放大模块中的各功率放大子模块的输出端通过一同轴波导转换器与一波导传输线连接。

进一步的，功率放大模块中的功率放大子模块可以包括：第二前级功率放大单元、第三功分器、多个后级功率放大单元以及功率合成器。第二前级功率放大单元的输入端与第二功分器的输出端连接，第二前级功率放大单元的输出端与第三功分器的输入端连接，第三功分器的输出端与各后级功率放大单元的输入端连接，各后级功率放大单元的输出端与功率合成器的输入端连接，功率合成器的输出端与同轴波导转换器连接。

上述后级功率放大单元可以采用一个功率放大盒和一个电源模块的形式，同样的，上述第二前级功率放大单元也可以采用一个功率放大盒和一个电源模块的形式。另外，上述各电源模块可以均具有与工控机连接的接口(如RS485接口)，各电源模块均可以通过其接口以及转接板与工控机连接，从而使工控机可以对第二前级功率放大单元和各后级功率放大单元进行电源监控，而且，工控机还可以显示第二前级功率放大单元和后级功率放大单元的当前电流以及当前电压。

本实用新型的功率放大器中可以设置有多个冷水板，一个冷水板承载一个功率放大子模块，也就是说，一个功率放大子模块中的第二前级功率放大单元和各后级功率放大单元可以设置在一个冷水板上。一个具体的例子：一个功率放大子模块中的各功率放大盒放置在冷水板的上表面，而各功率放大盒的电源模块放置在冷水板的下表面。为方便后级功率放大单元的功率合成，本实用新型可以将冷水板的主体形状设计为圆形(如圆周方向带有一个小凸起的圆形，凸起的位置放置第二前级功率放大单元)，功率放大子模块中的各后级功率放大单元的功率放大盒以冷水板的圆心为中心围绕放置成圆形，在圆形的圆心处设置功率合成器。另外，功率放大子模块中的各后级功率放大单元的电源模块也可以以冷水板的圆心为中心围绕放置成圆形，且后级功率放大单元的功率放大盒可以与其电源模块设置在冷水板的同一位置，只是一个在冷水板的上表面另一个在冷水板的下表面而已。

上述冷水板的入水端和出水端可以设置有监控元件，如在入水端设置流量计、水压表以及温度传感器等监控元件，再如在出水端设置温度传感器等监控元件。另外，流量计以及水压表等监控元件可以具有与工控机连接的接口，从而工控机可以对功率放大器的水冷系统进行控制，而且，工控机还可以显示流量、水压以及温度等。

下面以1.3GHz 20kW的全固定功率放大器为例结合附图1对本实用新型的功率放大器进行详细说明。

图1示出的功率放大器的原理图在实际应用中可以设置在一个控制柜和两个功放柜中。

控制柜中设置有配电模块(图中未示出)、图1中示出的前级功放(即上述描述中的第一前级功率放大单元)、控制盒(图中未示出)以及工控机盒(图中未示出)等部件。

每一个功放柜中设置有4个3kW功放(即上述描述中的功率放大子模块)，即图1左侧的4个3kW功放设置在一个功放柜中，图1右侧的4个3kW功放设置在一个功放柜中。两个功放柜中共设置有8个3kW功放。由于这8个3kW功放均采用冷水板的形式进行温度控制，因此，这8个3kW功放也可以称为8个3kW水冷功放。水冷系统可以采用DN50接口，分8路分别供给8只3kW功放。

每一个3kW水冷功放的冷水板的主体形状均为圆盘形式，且一个3kW水冷功放均包括两级功放，由一只前级功放(即上述描述中的第二前级功率放大单元)通过一分十功分器(即上述描述中的第三功分器)推动十只后级功放(即上述描述中的后级功率放大单元)，十只后级功放在冷水板的中心位置通过十合一合成器合为一路射频输出，且该射频输出可以采用15/8”的法兰。

图1左侧的4个3kW功放通过4个同轴波导转换器与4个波导传输线连接，且4个波导传输线与4个波导传输线合成器连接，形成四合一，即15/8”转为WR650波导腔；同样的，图1右侧的4个3kW功放通过4个同轴波导转换器与4个波导传输线连接，且4个波导传输线与4个波导传输线合成器连接，形成四合一。4个波导传输线合成器合成一路，另4个波导传输线合成器合成一路，且两路和一为波导WR650方波导，去除损耗，图1示出的功率放大器完全可以输出20kW连续波或脉冲波功率。

本实用新型可以减小功率放大器的输出损耗，使功率放大器的输出功率达到最大，且整机增益大于73dB。从上述实施例可以看出，本实用新型的功率放大器是全固态功率放大器，该固态功率放大器完全可以应用于电子加速器、激光源以及超导等领域，如实现电子加速器的功率注入等。本实用新型的功放放大器能够承受全反射的散热和耐受功率能力。

由于波导(WR650)合成的体积大，占用空间大，因此，本实用新型在3kW输出采用同轴形式，再经同轴转成波导，另外，功放柜中3kW功放通过采用圆盘形式的水冷功放，并采用功放盒的形式，从而尽可能的减小了空间的占用。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims

1.一种功率放大器，其特征在于，包括：控制装置和与所述控制装置连接的功率放大装置；

所述控制装置包括：第一前级功率放大单元、第一功分器和工控机，所述第一前级功率放大单元的输出端与所述第一功分器的输入端连接；

所述功率放大装置包括：波导、波导传输线合成器、波导传输线、多个同轴波导转换器和多个功率放大模块，一个功率放大模块通过一个同轴波导转换器与波导传输线连接，同轴波导转换器通过波导传输线与波导传输线合成器连接，波导传输线合成器与波导连接；

所述功率放大模块包括：第二功分器和多个功率放大子模块，所述第二功分器的输入端与所述第一功分器的一输出端连接，所述第二功分器的输出端与各功率放大子模块的输入端连接，各功率放大子模块通过同轴波导转换器与所述波导传输线连接；

所述功率放大子模块包括：第二前级功率放大单元、第三功分器、多个后级功率放大单元和功率合成器，所述第二前级功率放大单元的输入端与所述第二功分器的输出端连接，所述第二前级功率放大单元的输出端与第三功分器的输入端连接，各后级功率放大单元的输入端与第三功分器的输出端连接，各后级功率放大单元的输出端与所述功率合成器的输入端连接，所述功率合成器的输出端与同轴波导转换器连接。

2.如权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述波导为方波导。

3.如权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述波导传输线合成器包括WR650波导腔。

4.如权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，一个所述后级功率放大单元包括一个功率放大盒和一个电源模块，和/或，所述第二前级功率放大单元包括一个功率放大盒和一个电源模块。

5.如权利要求4所述的功率放大器，其特征在于，所述电源模块具有与所述工控机连接的接口。

6.如权利要求4所述的功率放大器，其特征在于，一个所述功率放大子模块中的第二前级功率放大单元和各后级功率放大单元设置在一个冷水板上。

7.如权利要求6所述的功率放大器，其特征在于，所述冷水板的入水端设置有流量计和/或水压表，所述流量计和/或水压表具有与所述工控机连接的接口。

8.如权利要求6所述的功率放大器，其特征在于，所述冷水板的入水端和/或出水端设置有温度传感器。

9.如权利要求6所述的功率放大器，其特征在于，一个所述功率放大子模块中的各功率放大盒放置在冷水板的上表面，各电源模块放置在冷水板的下表面。

10.如权利要求9所述的功率放大器，其特征在于，冷水板的主体形状为圆形，一个所述功率放大子模块中的各后级功率放大单元的功率放大盒围绕所述冷水板的圆心围成圆形，一个所述功率放大子模块中的各后级功率放大单元的电源模块围绕所述冷水板的圆心围成圆形。