CN210578441U

CN210578441U - 一种新型Ka频段固态功率放大器

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Publication number: CN210578441U
Application number: CN201922322008.0U
Authority: CN
Inventors: 刘建; 杨高宗; 姜伟; 段麒麟; 唐超; 刘红军; 张华彬; 胡罗林
Original assignee: Chengdu Phase Lock Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Phase Lock Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2020-05-19
Anticipated expiration: 2029-12-20

Abstract

本实用新型公开了一种新型Ka频段固态功率放大器，它包括驱动模块、次级功放模块、隔离器、末级功放模块、耦合隔离器和电源模块；所述电源模块与驱动模块和末级功放模块的供电端连接；驱动模块的输出端与次级模块的输入端连接，隔离器连接在次级功放模块和末级功放模块之间，末级功放模块的输出端连接耦合隔离器，实现达到预定功率的输出。通过T型功率分配器实现幅度一致性良好的小损耗两路均分和信号从波导到微带的过渡，并且在两级功法模块和放大器之间采用隔离器，尽量避免了增益过高带来的杂散和自激。

Description

一种新型Ka频段固态功率放大器

技术领域

本实用新型涉及一种功率放大器，尤其涉及一种新型Ka频段固态功率放大器。

背景技术

Ka波段是电磁频谱的微波波段的一部分，Ka波段的频率范围为26.5-40GHz。Ka代表着K的正上方(K-above)，换句话说，该波段直接高于K波段。Ka波段也被称作30/20GHz波段，通常用于卫星通信；其具有通信容量大、安全保密性好、传输质量高等特点。

而随着Ka频段相较于原有C、Ku的工作频段提高了，原有的基于C、Ku频段的功率放大器也就不再适合用于Ka频段，因此，需要一种新型的Ka频段的功率放大器。

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，提供一种新型Ka频段固态功率放大器，解决了原有的基于C、Ku频段的功率放大器不在适于Ka频段来实现功率放大的问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种新型Ka频段固态功率放大器，它包括驱动模块、次级功放模块、隔离器、末级功放模块、耦合隔离器和电源模块；所述电源模块与驱动模块和末级功放模块的供电端连接；驱动模块的输出端与次级模块的输入端连接，隔离器连接在次级功放模块和末级功放模块之间，末级功放模块的输出端连接耦合隔离器，实现达到预定功率的输出。

进一步地，还包括一监控模块，所述驱动模块、末级功放模块和隔离耦合器与监控模块连接，电源模块与监控模块连接。

进一步地，所述驱动模块包括第一隔离器、耦合检波器和放大器单元；信号通过第一隔离器输入到耦合检波器，耦合检波器的输出端连接放大器单元。

进一步地，所述耦合检波器的输出端与所述监控模块连接，输入检波功率到监控模块进行监控检测。

进一步地，所述放大器单元包括第一放大器、第二隔离器和第二放大器；所述耦合检波器与第一放大器连接，第二隔离器设置在第一放大器和第二放大器之间。

进一步地，所述次级功放模块包括两个四路功放模块，所述第二放大器的输出端与两个四路功放模块的输入端连接，两个四路功放模块的输出端与所述隔离器连接。

进一步地，所述末级功放模块包括两个T型功率分配器、两个电桥组和功放芯片单元；所述功放芯片单元的输入和输出端分别连接一个电桥组；一个电桥组的输入端连接一个T型功率分配器，另一个电桥组的输出端连接另一个T型功率分配器。

进一步地，所述两个电桥组均包括两个电桥，所述功放芯片单元包括四个功放芯片；一个电桥的输出端与两个功放芯片的输入端连接，两个功放芯片的输出端连接到一个电桥上。

进一步地，所述两个电桥组中的电桥均为90°电桥。

进一步地，所述两个T型功率分配器均为一分十八路功分器。

本实用新型的有益效果是：一种新型Ka频段固态功率放大器，通过T型功率分配器实现幅度一致性良好的小损耗两路均分和信号从波导到微带的过渡，并且在两级功法模块和放大器之间采用隔离器，尽量避免了增益过高带来的杂散和自激。

附图说明

图1为本实用新型的电路框图；

图2为监控模块的电路原理图；

图3为驱动模块的电路原理图；

图4为末级功放模块的电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

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所示，一种新型Ka频段固态功率放大器，它包括驱动模块、次级功放模块、隔离器、末级功放模块、耦合隔离器和电源模块；所述电源模块与驱动模块和末级功放模块的供电端连接；驱动模块的输出端与次级模块的输入端连接，隔离器连接在次级功放模块和末级功放模块之间，末级功放模块的输出端连接耦合隔离器，实现达到预定功率的输出。

其工作原理为：当激励信号进入机箱后，信号进入驱动模块，驱动模块把输入信号耦合出一部分用于输入检波，把输入信号进行两级放大到足够电平以推动末级功率合成，信号经末级功放模块放大后进入耦合隔离器，达到预定的功率输出完成信号的功率放大任务。

进一步地，还包括一监控模块，所述驱动模块、末级功放模块和隔离耦合器与监控模块连接，电源模块与监控模块连接；主要用于实现信号检波、电流监控和温度检测等功能。

电源模块的输入端连接220V电源，输出端连接到驱动模块和末级功放模块实现供电输出，还与监控模块连接实现监控模块对电流的检测；监控模块与驱动模块、末级功放模块和耦合隔离器的输出端连接，实现驱动模块的输入功率检测和温度检测，末级功放模块的温度检测以及耦合隔离器的输出反向功率和输出正向功率的检测；监控模块的输出端通过网口通信连接到上位机。

如图4所示，监控模块主要由滤波器、检波器、ADC模块、FPGA模块、显示器以及蜂鸣器组成，温度传感器贴于末级功放模块和驱动模块的表面。输入的被测信号有输入功率信号、输出功率信号、输出反射功率信号3路。这3路被测信号首先经滤波器进入检波器，通过高精度ADC模块将测得的功率数据上传FPGA，在通过控制显示器显示。此外，FPGA通过RS422总线与电源单元实现通信，读取风扇状态，并控制电源模块监测外部驱动模块、次级功放模块、末级功放模块的电流和状态以及整个电源的供电开关。此外，FPGA还需连接实时读取热传感器的数据。最后通过网口与上位机通信，上传所有的监控数据给上位机。

进一步地，如图3所示，所述驱动模块包括第一隔离器、耦合检波器和放大器单元；信号通过第一隔离器输入到耦合检波器，耦合检波器的输出端连接放大器单元。

射频输入信号经第一隔离器馈入到耦合检波器，产生输入检波信号，然后通过两级放大器进行信号放大。

其中，隔离器、第一隔离器和第二隔离器的插入损耗<0.25dB，隔离度>20dB，输入输出驻波比<1.15；耦合检波器的芯片内部集成了一级定性耦合器和一级RMS检波器，可对其输入端信号进行检查，插入损耗<0.5dB；在两个放大器之间采用第二隔离器可以尽量避免增益过高带来的杂散和自激，同时利用上腔体挖槽形成分腔，输入为同轴K头，输出为波导形式。

进一步地，如图4所示，所述末级功放模块包括两个T型功率分配器、两个电桥组和功放芯片单元；所述功放芯片单元的输入和输出端分别连接一个电桥组；一个电桥组的输入端连接一个T型功率分配器，另一个电桥组的输出端连接另一个T型功率分配器。

进一步地，所述两个电桥组中的电桥均为90°电桥。

进一步地，所述两个T型功率分配器均为一分十八路功分器。

末级功放模块的工作原理为：射频激励由输入口馈入，通过T型功率分配器(也称T型波导合成器)和90°电桥，将四路信号分别输入四个放大器芯片，经过放大器芯片放大，四路放大后的信号由90°电桥和波导T型功率合成器进行功率合成，合成后的大信号由输出口输出，从而实现信号的放大。采用4路芯片合成的方式。单片功放芯片的输出功率为2.5W，功放模块合成效率约为80％(包含波导-微带过渡、金丝键合、功率芯片相位差异等损耗)，输出功率约为2.5×4×0.8＝8W。

T型波导合成器直接影响模块合成效率，因此其性能指标至关重要。T型波导功分器/合成器先通过T型结将功率平均分配，再通过波导-微带探针转换成微带输出，这种结构同时实现了两个功能，一是将输入信号在很宽的带宽内实现幅度一致性良好的小损耗两路均分，二是实现信号从波导到微带的过渡。从波导口馈入输入信号，在距离波导短路面的位置的矩形波导宽边中心安装探针微带线，这里是理论值：探针相当于一个接收天线，如果放在电场强的地方则耦合效果更优良，在与短路面相距处放置探针，可以这样理解：设在探针中心有一电磁波往短路面方向传播，经过四分之一波长传输到短路面，遇到完美金属将发生全反射，然后反向传输，再经过1/4波长回到探针位置，于是与处于探针处的原始信号相比，反射回来的信号较之有1/2波长的路程差，同时相位刚好相同，这样，两个同向的信号在探针处叠加，从而得到更强的电磁场，增大了探针偶合量，提高了耦合效果。功率分配/合成网络设计：选用是1分18路T字节功分/合成器，合成器具有性能好、体积小、便于加工的优点，且两输出端口相位差恒定。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种新型Ka频段固态功率放大器，其特征在于：它包括驱动模块、次级功放模块、隔离器、末级功放模块、耦合隔离器和电源模块；所述电源模块与驱动模块和末级功放模块的供电端连接；驱动模块的输出端与次级模块的输入端连接，隔离器连接在次级功放模块和末级功放模块之间，末级功放模块的输出端连接耦合隔离器，实现达到预定功率的输出。

2.根据权利要求1所述的一种新型Ka频段固态功率放大器，其特征在于：还包括一监控模块，所述驱动模块、末级功放模块和隔离耦合器与监控模块连接，电源模块与监控模块连接。

3.根据权利要求2所述的一种新型Ka频段固态功率放大器，其特征在于：所述驱动模块包括第一隔离器、耦合检波器和放大器单元；信号通过第一隔离器输入到耦合检波器，耦合检波器的输出端连接放大器单元。

4.根据权利要求3所述的一种新型Ka频段固态功率放大器，其特征在于：所述耦合检波器的输出端与所述监控模块连接，输入检波功率到监控模块进行监控检测。

5.根据权利要求3所述的一种新型Ka频段固态功率放大器，其特征在于：所述放大器单元包括第一放大器、第二隔离器和第二放大器；所述耦合检波器与第一放大器连接，第二隔离器设置在第一放大器和第二放大器之间。

6.根据权利要求5所述的一种新型Ka频段固态功率放大器，其特征在于：所述次级功放模块包括两个四路功放模块，所述第二放大器的输出端与两个四路功放模块的输入端连接，两个四路功放模块的输出端与所述隔离器连接。

7.根据权利要求1所述的一种新型Ka频段固态功率放大器，其特征在于：所述末级功放模块包括两个T型功率分配器、两个电桥组和功放芯片单元；所述功放芯片单元的输入和输出端分别连接一个电桥组；一个电桥组的输入端连接一个T型功率分配器，另一个电桥组的输出端连接另一个T型功率分配器。

8.根据权利要求7所述的一种新型Ka频段固态功率放大器，其特征在于：所述两个电桥组均包括两个电桥，所述功放芯片单元包括四个功放芯片；一个电桥的输出端与两个功放芯片的输入端连接，两个功放芯片的输出端连接到一个电桥上。

9.根据权利要求8所述的一种新型Ka频段固态功率放大器，其特征在于：所述两个电桥组中的电桥均为90°电桥。

10.根据权利要求7所述的一种新型Ka频段固态功率放大器，其特征在于：所述两个T型功率分配器均为一分十八路功分器。