CN205377798U - Ka频段功率放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种Ka频段功率放大器，包括功放射频电路、电源电路、监控电路、信号输入端、信号输出端、通信接口和电源接口，功放射频电路包括前级推动功放电路和末级合成功放电路，信号输入端、前级推动功放电路、末级合成功放电路和信号输出端口依次顺序连接，监控电路分别与通信接口、前级推动功放电路和末级合成功放电路连接，电源电路分别与电源接口、监控电路、前级推动功放电路和末级合成功放电路连接。本实用新型具有体积小、线性高、增益平坦度好和功率稳定度高等特点。

Description

Ka频段功率放大器

技术领域

本实用新型涉及卫星通信技术领域，特别是涉及一种Ka频段功率放大器。

背景技术

毫米波广泛应用于雷达和制导系统、电子对抗、毫米波通信等。近几年来，世界主要发达国家都把毫米波频段的开辟作为电子技术发展的主要内容之一。与微波相比，毫米波波长短，频率高，因而其能提供很宽的带宽，具有高数据传输能力，能提供更大的系统容量以及特殊的传播特性。由于毫米波在空间传输的损耗非常大（38GHz时传输30Km损耗高达153.6dB。）,因此为了加大传输距离，对毫米波功率放大器的输出功率提出了很高的要求，可以说毫米波功率放大器是整个毫米波系统中最关键的部件之一，但是毫米波功率放大模块很难同时实现大功率和小体积。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种Ka频段功率放大器，具有体积小、线性高、增益平坦度好和功率稳定度高等特点。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：Ka频段功率放大器，包括功放射频电路、电源电路、监控电路、信号输入端、信号输出端、通信接口和电源接口，功放射频电路包括前级推动功放电路和末级合成功放电路，信号输入端、前级推动功放电路、末级合成功放电路和信号输出端口依次顺序连接，监控电路分别与通信接口、前级推动功放电路和末级合成功放电路连接，电源电路分别与电源接口、监控电路、前级推动功放电路和末级合成功放电路连接。

所述Ka频段功率放大器还包括冷却装置，冷却装置用于为功放射频电路降温。

所述冷却装置为风冷装置。

所述功放射频电路还包括第一波导管，前级推动功放电路通过第一波导管与末级合成功放电路连接。

所述功放射频电路还包括第二波导管、第一耦合检波器、第二耦合检波器、波导隔离器和波导定向耦合器，末级合成功放电路、第二波导管、波导隔离器、波导定向耦合器和信号输出端口依次顺序连接，第二波导管还与第一耦合检波器连接，波导定向耦合器还与第二耦合检波器连接，第一耦合检波器和第二耦合检波器均与监控电路连接。

所述前级推动功放电路包括依次顺序连接的第三耦合检波器、第一开关、第二开关、第一数控衰减器、第一放大器、第二数控衰减器、第二放大器和第三放大器，第三耦合检波器的输入端与信号输入端连接，第三放大器的输出端与第一波导管的输入端连接，第三耦合检波器、第一开关、第二开关、第一数控衰减器和第二数控衰减器均与监控电路连接。

所述末级合成功放电路包括一分二波导功分器、第一波导电桥功分/合成单元、第二第一波导电桥功分/合成单元和一分二波导合成器，一分二波导功分器的输入端与第二波导管的输出端连接，一分二波导功分器的第一输出端与第一波导电桥功分/合成单元的输入端连接，第一波导电桥功分/合成单元的输出端与一分二波导合成器的第一输入端连接，一分二波导功分器的第二输出端与第二第一波导电桥功分/合成单元的输入端连接，第二第一波导电桥功分/合成单元的输出端与一分二波导合成器的第二输入端连接，一分二波导合成器的输出端与第二波导管的输入端连接。

所述第一波导电桥功分/合成单元和第二波导电桥功分/合成单元的结构相同，第一波导电桥功分/合成单元主要由两个并联的第四放大器组成，第四放大器的输入端为第一波导电桥功分/合成单元的输入端，第四放大器的输出端为第一波导电桥功分/合成单元的输出端。

所述监控电路包括处理器、接口芯片和温度传感器，处理器分别与接口芯片、温度传感器和前级推动功放电路连接，接口芯片还与通信接口连接。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型具有体积小、线性高、增益平坦度好和功率稳定度高等优点；

（2）本实用新型中的波导高通滤波器在带宽24GHz-40GHz实现了低差损：1.2dB(典型值)、高抑制:≥70dB21GHz和低成本的目标。

附图说明

图1为本实用新型Ka频段功率放大器的结构框图；

图2为本实用新型中功放射频电路的结构框图；

图3为本实用新型中前级推动功放电路的结构框图；

图4为本实用新型中末级合成功放电路的结构框图；

图5为本实用新型中监控电路的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1和图2所示，Ka频段功率放大器，包括功放射频电路、电源电路、监控电路、信号输入端、信号输出端、通信接口和电源接口，功放射频电路包括前级推动功放电路和末级合成功放电路，信号输入端、前级推动功放电路、末级合成功放电路和信号输出端口依次顺序连接，监控电路分别与通信接口、前级推动功放电路和末级合成功放电路连接，电源电路分别与电源接口、监控电路、前级推动功放电路和末级合成功放电路连接。

所述Ka频段功率放大器还包括冷却装置，冷却装置用于为功放射频电路降温。

所述冷却装置为风冷装置。

所述功放射频电路还包括第一波导管，前级推动功放电路通过第一波导管与末级合成功放电路连接。所述第一波导管和第二波导管均为具有高通特性的波导管。

所述功放射频电路还包括第二波导管、第一耦合检波器、第二耦合检波器、波导隔离器和波导定向耦合器，末级合成功放电路、第二波导管、波导隔离器、波导定向耦合器和信号输出端口依次顺序连接，第二波导管还与第一耦合检波器连接，波导定向耦合器还与第二耦合检波器连接。所述第一耦合检波器和第二耦合检波器均与监控电路连接。

如图3所示，所述前级推动功放电路包括依次顺序连接的第三耦合检波器、第一开关、第二开关、第一数控衰减器、第一放大器、第二数控衰减器、第二放大器和第三放大器，第三耦合检波器的输入端与信号输入端连接，第三放大器的输出端与第一波导管的输入端连接。第三耦合检波器、第一开关、第二开关、第一数控衰减器和第二数控衰减器均与监控电路连接。所述第一耦合检波器、第二耦合检波器和第三耦合检波器的型号均为VMMK-3413，第一开关和第二开关均为单刀双掷开关，第一开关和第二开关的型号为AMMC-2008，第一数控衰减器的型号为NC1395C-2430，第一放大器的型号为HMC-ALH244，第二数控衰减器的型号为NC1378C-2640，第二放大器的型号为HMC-635，第三放大器的型号为HMC906。

如图4所示，所述末级合成功放电路包括一分二波导功分器、第一波导电桥功分/合成单元、第二第一波导电桥功分/合成单元和一分二波导合成器，一分二波导功分器的输入端与第二波导管的输出端连接，一分二波导功分器的第一输出端与第一波导电桥功分/合成单元的输入端连接，第一波导电桥功分/合成单元的输出端与一分二波导合成器的第一输入端连接，一分二波导功分器的第二输出端与第二第一波导电桥功分/合成单元的输入端连接，第二第一波导电桥功分/合成单元的输出端与一分二波导合成器的第二输入端连接，一分二波导合成器的输出端与第二波导管的输入端连接。

所述第一波导电桥功分/合成单元和第二波导电桥功分/合成单元的结构相同，第一波导电桥功分/合成单元主要由两个并联的第四放大器组成，第四放大器的输入端为第一波导电桥功分/合成单元的输入端，第四放大器的输出端为第一波导电桥功分/合成单元的输出端。所述第四放大器为Ka波段放大器，第四放大器的型号为TGA2595。

本实用新型中，输入的射频信号首先经过第三耦合检波器检测输入功率电平；第一开关和第二开关控制射频信号的通断，实现发射/停发隔离度的要求；再通过第一数控衰减器完成输出功率的电平调整，通过第一放大器实现功率的推动放大，而第二数控衰减器实现在不同温度条件下放大电路的增益补偿，第二放大器和第三放大器进行末前级功率放大；末级合成功放电路通过四合一波导合成进行四路功率合成；最后通过第二波导管连接波导隔离器输出；在输出波导段通过探针耦合的方式耦合出前向功率用作输出功率检测，采用定向耦合的方式耦合出方向功率用作输出开路检测。

如图5所示，所述监控电路包括处理器、接口芯片和温度传感器，处理器分别与接口芯片、温度传感器和前级推动功放电路连接，接口芯片还与通信接口连接。

进一步的，处理器与第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第一开关、第二开关、第一数控衰减器和第二数控衰减器连接。

外部的功放使能控制信号、功率成空衰减控制信号通过接口芯片后发送至处理器，处理器控制第一开关、第二开关、第一数控衰减器、第二数控衰减器，实现放大电路开/关控制以及输出功率电平的调节。

处理器采集输入检波电压、输出反相检波电压、模块温度以及输出前向检波电压（预留）信息，并判断是否过激励、过反射（开路）、过温，同时并接收过压、过流的告警信息，实现过压、过流、过温、过激励、过反射的告警，并接收到上位机发出的状态查询命令后，通过RS422串行接口上传给上位机。

处理器在检测到过压、过流、过反射（开路）时控制射频开关、功放电压开关，从而关断放大链路，只有重新上电检测正常后开启放大链路；而在检测到过激励、过温时关断放大链路，并在检测到输入信号、温度正常自动开启放大链路。

处理器在上电时检测到负压正常后延时约1秒控制功放电源开关开启功放，在正常工作过程中时时监测负压失效告警信号，在检测到负压失效信息后关断功放，只有重新上电检测正常后开启放大链路。

处理器能根据温度传感器检测到的模块温度信息控制第二数控衰减器完成放大电路增益的高低温的补偿。

处理器采用单片机C8051F015，具有32k字节FLASH存储器，2304字节RAM，一个10位8通道ADC，内置参考电压基准，具有硬件UART串行接口。RS422接口采用MAX490ESA全双工收发器；温度传感器采用DS18B20,布置在模块温度最高的电路模块。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.Ka频段功率放大器，其特征在于：包括功放射频电路、电源电路、监控电路、信号输入端、信号输出端、通信接口和电源接口，功放射频电路包括前级推动功放电路和末级合成功放电路，信号输入端、前级推动功放电路、末级合成功放电路和信号输出端口依次顺序连接，监控电路分别与通信接口、前级推动功放电路和末级合成功放电路连接，电源电路分别与电源接口、监控电路、前级推动功放电路和末级合成功放电路连接。

2.根据权利要求1所述的Ka频段功率放大器，其特征在于：所述Ka频段功率放大器还包括冷却装置，冷却装置用于为功放射频电路降温。

3.根据权利要求2所述的Ka频段功率放大器，其特征在于：所述冷却装置为风冷装置。

4.根据权利要求1所述的Ka频段功率放大器，其特征在于：所述功放射频电路还包括第一波导管，前级推动功放电路通过第一波导管与末级合成功放电路连接。

5.根据权利要求1所述的Ka频段功率放大器，其特征在于：所述功放射频电路还包括第二波导管、第一耦合检波器、第二耦合检波器、波导隔离器和波导定向耦合器，末级合成功放电路、第二波导管、波导隔离器、波导定向耦合器和信号输出端口依次顺序连接，第二波导管还与第一耦合检波器连接，波导定向耦合器还与第二耦合检波器连接，第一耦合检波器和第二耦合检波器均与监控电路连接。

6.根据权利要求1所述的Ka频段功率放大器，其特征在于：所述前级推动功放电路包括依次顺序连接的第三耦合检波器、第一开关、第二开关、第一数控衰减器、第一放大器、第二数控衰减器、第二放大器和第三放大器，第三耦合检波器的输入端与信号输入端连接，第三放大器的输出端与第一波导管的输入端连接，第三耦合检波器、第一开关、第二开关、第一数控衰减器和第二数控衰减器均与监控电路连接。

7.根据权利要求1所述的Ka频段功率放大器，其特征在于：所述末级合成功放电路包括一分二波导功分器、第一波导电桥功分/合成单元、第二第一波导电桥功分/合成单元和一分二波导合成器，一分二波导功分器的输入端与第二波导管的输出端连接，一分二波导功分器的第一输出端与第一波导电桥功分/合成单元的输入端连接，第一波导电桥功分/合成单元的输出端与一分二波导合成器的第一输入端连接，一分二波导功分器的第二输出端与第二第一波导电桥功分/合成单元的输入端连接，第二第一波导电桥功分/合成单元的输出端与一分二波导合成器的第二输入端连接，一分二波导合成器的输出端与第二波导管的输入端连接。

8.根据权利要求7所述的Ka频段功率放大器，其特征在于：所述第一波导电桥功分/合成单元和第二波导电桥功分/合成单元的结构相同，第一波导电桥功分/合成单元主要由两个并联的第四放大器组成，第四放大器的输入端为第一波导电桥功分/合成单元的输入端，第四放大器的输出端为第一波导电桥功分/合成单元的输出端。

9.根据权利要求1所述的Ka频段功率放大器，其特征在于：所述监控电路包括处理器、接口芯片和温度传感器，处理器分别与接口芯片、温度传感器和前级推动功放电路连接，接口芯片还与通信接口连接。