CN210693871U - Ku波段大功率固态功放组件阵列 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种Ku波段大功率固态功放组件阵列，包括多个结构一致的单组件，单组件包括水冷板，水冷板上设置有若干级功率分配器和若干Ku波段固态功放装置，第一级功率分配器的输入端外接信号源，后一级功率分配器的数量与前一级功率分配器的输出端数量一致，后一级功率分配器的输入端连接前一级功率分配器的一个输出端，Ku波段固态功放装置的数量与最后一级功率分配器的输出端数量一致，Ku波段固态功放装置的输入端连接最后一级功率分配器的一个输出端。本实用新型通过功率分配器将一路输入分成多路输出，并将多路输出分别输入多个Ku波段固态功放装置，实现功放输出阵列，与现有的天线配合形成有源阵列天线，达到雷达系统的功率要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种Ku波段大功率固态功放组件阵列，属于雷达模拟器领域。
背景技术
随着半导体技术的高速发展，极大推动了固态功放的升级换代，目前GaN(氮化镓)作为第三代新型半导体材料具有强原子键、大禁带宽度、高热导率、高饱和电子漂移速度，使得基于GaN工艺的功放具备更高的功率输出、更高的工作效率以及更强的抗辐射能力。可单只固态功放功率与雷达系统的要求还是有一定的差距。
实用新型内容
本实用新型提供了一种Ku波段大功率固态功放组件阵列，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：
Ku波段大功率固态功放组件阵列，包括多个结构一致的单组件，单组件包括水冷板，水冷板上设置有若干级功率分配器和若干Ku波段固态功放装置，第一级功率分配器的输入端外接信号源，后一级功率分配器的数量与前一级功率分配器的输出端数量一致，后一级功率分配器的输入端连接前一级功率分配器的一个输出端，Ku波段固态功放装置的数量与最后一级功率分配器的输出端数量一致，Ku波段固态功放装置的输入端连接最后一级功率分配器的一个输出端。
功率分配器设置有两级，第一级功率分配器为八路功率分配器，第二级功率分配器为二路功率分配器。
Ku波段固态功放装置包括射频电路和馈电电路；
射频电路包括第一隔离器、前级功放、第二隔离器、推动级功放、第三隔离器、功率分配器和若干末级功放，第一隔离器的输入端为Ku波段固态功放装置的输入端，第一隔离器、前级功放、第二隔离器、推动级功放、第三隔离器和功率分配器依次连接，末级功放的数量与功率分配器输出端数量一致，末级功放的输入端连接功率分配器的一个输出端，末级功放的输出端为Ku波段固态功放装置的输出端；
馈电电路连接前级功放、推动级功放和若干末级功放。
前级功放和推动级功放为GaAs功放，末级功放为GaN功放。
连接同一最后一级功率分配器的Ku波段固态功放装置封装在同一壳体内，第一隔离器、前级功放、第二隔离器、第三隔离器和功率分配器直接与壳体固定，推动级功放和末级功放通过沉入式散热衬板与壳体固定，馈电电路设置在电路板上，电路板与壳体固定。
沉入式散热衬板与壳体之间垫有铟片。
Ku波段固态功放装置的相邻输出端交错分布。
本实用新型所达到的有益效果：1、本实用新型通过功率分配器将一路输入分成多路输出，并将多路输出分别输入多个Ku波段固态功放装置，实现功放输出阵列，与现有的天线配合形成有源阵列天线，达到雷达系统的功率要求；2、本实用新型的射频电路采用多级功放组合，确保了设备线性度同时提高了设备效率；3、热耗大的推动级功放和末级功放通过沉入式散热衬板与壳体固定，便于损坏后单独更换；4、Ku波段固态功放装置的相邻输出端交错分布，减少了热密度。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的原理框图；
图3为Ku波段固态功放装置原理框图；
图4为沉入式散热衬板；
图5为Ku波段固态功放装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
如图1所示，Ku波段大功率固态功放组件阵列，包括多个结构一致的单组件，所有单组件从上往下依次排布，并且采用抽屉式结构设置在支架上。
单组件包括水冷板4，水冷板4上固定有若干级功率分配器和若干Ku波段固态功放装置3，第一级功率分配器的输入端外接信号源，后一级功率分配器的数量与前一级功率分配器的输出端数量一致，后一级功率分配器的输入端连接前一级功率分配器的一个输出端，Ku波段固态功放装置3的数量与最后一级功率分配器的输出端数量一致，Ku波段固态功放装置3的输入端连接最后一级功率分配器的一个输出端。
上述功率分配器的级数根据实际情况而定，例如附图2中将信号分成16路，可设置两级，第一级功率分配器1为八路功率分配器，将信号源给出的信号分成八路，第二级功率分配器2为二路功率分配器，将八路信号分成了十六路，十六路信号分别输入十六个Ku波段固态功放装置3。
如图3所示，Ku波段固态功放装置3包括射频电路和馈电电路11；射频电路包括第一隔离器4、前级功放5、第二隔离器10、推动级功放6、第三隔离器8、功率分配器和若干末级功放7，第一隔离器4的输入端为Ku波段固态功放装置3的输入端，第一隔离器4、前级功放5、第二隔离器10、推动级功放6、第三隔离器8和功率分配器依次连接，末级功放7的数量与功率分配器输出端数量一致，末级功放7的输入端连接功率分配器的一个输出端，末级功放7的输出端为Ku波段固态功放装置3的输出端。馈电电路11连接前级功放5、推动级功放6和若干末级功放7，用以给功放提供工作电压、过压保护、过流保护、时序电路和状态指示作用，馈电电路11为常见的电路，这里不详细描述了。
上述前级功放5和推动级功放6为GaAs功放，前级功放5为0.2W功放，推动级功放6为10W功放，末级功放7为GaN功放，末级功放7为20W功放，多类型的多级功放组合，将各自优点相结合，确保了设备线性度同时提高了设备效率。
连接同一最后一级功率分配器的Ku波段固态功放装置3封装在同一壳体12内，壳体12材料为铝，第一隔离器4、前级功放5、第二隔离器10、第三隔离器8和功率分配器直接与壳体12固定，推动级功放6和末级功放7通过如图4所示的沉入式散热衬板与壳体12固定，便于损坏后单独更换，具体为功放用Au80Sn20共晶焊料烧结在Mo70Cu30载体，Mo70Cu30载体再用Sn62Pb36Ag2焊锡膏烧结在沉入式散热衬板上，沉入式散热衬板材料为紫铜，沉入式散热衬板与壳体12之间垫有0.05mm铟片，通过铟片加强良好接触，减小接触热阻，馈电电路11设置在电路板上，电路板与壳体12固定。
推动级功放6和末级功放7为热耗大的功放，具体参数如表1所示：
表1功放参数
注：上述的热阻为功放的沟道到Mo70Cu30载体底部的热阻。
如图5所示，Ku波段固态功放装置3中的功率分配器采用六路功率分配器9，结合图2的结构整个阵列有九十六路输出，Ku波段固态功放装置3的相邻输出端交错分布，在间距仅为14.5mm情况下减少了热密度，射频通道的电长度没有变化，相位在保证装配一致的情况下基本不受影响，从后期测试数据看，在整个工作频段内相位也在±10°内。
上述阵列加射频信号，信号经过八路功率分配器输出八路信号，分别送入八个二路功率分配器，共输出十六路信号送入十六个Ku波段固态功放装置3，每个Ku波段固态功放装置3有六路输出，即通过各级功放逐级推动放大，最终获得九十六路功率输出且每路输出20W连续波，与现有的天线配合形成有源阵列天线，达到雷达系统的功率要求。
水冷板4连通冷水实现水冷降温，对整个阵列进行温度仿真实验，整个阵列在55℃(高温)环境下工作，水冷板4进水口温度一般比环境温度高不超过10℃，为62℃，每块水冷板4有684W热量，供水流量3L/min，入水口压力59Kpa。推动级功放6对应下发的衬板上最高温度为74.5℃，其沟道温度即为74.5℃+30W×2.5℃/W＝149.5℃，远小于推动级功放6结温175℃。末级功放7对应下发的衬板上最温度为92.5℃，其沟道温度92.5℃+52W×2℃/W＝196.5℃，远小于末级功放7结温225℃。一般小于功放结温20℃以上即可长时间可靠工作，由此判断通过水冷可保证功放在高温下稳定运行。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.Ku波段大功率固态功放组件阵列，其特征在于：包括多个结构一致的单组件，单组件包括水冷板，水冷板上设置有若干级功率分配器和若干Ku波段固态功放装置，第一级功率分配器的输入端外接信号源，后一级功率分配器的数量与前一级功率分配器的输出端数量一致，后一级功率分配器的输入端连接前一级功率分配器的一个输出端，Ku波段固态功放装置的数量与最后一级功率分配器的输出端数量一致，Ku波段固态功放装置的输入端连接最后一级功率分配器的一个输出端。
2.根据权利要求1所述的Ku波段大功率固态功放组件阵列，其特征在于：功率分配器设置有两级，第一级功率分配器为八路功率分配器，第二级功率分配器为二路功率分配器。
3.根据权利要求1所述的Ku波段大功率固态功放组件阵列，其特征在于： Ku波段固态功放装置包括射频电路和馈电电路；
射频电路包括第一隔离器、前级功放、第二隔离器、推动级功放、第三隔离器、功率分配器和若干末级功放，第一隔离器的输入端为Ku波段固态功放装置的输入端，第一隔离器、前级功放、第二隔离器、推动级功放、第三隔离器和功率分配器依次连接，末级功放的数量与功率分配器输出端数量一致，末级功放的输入端连接功率分配器的一个输出端，末级功放的输出端为Ku波段固态功放装置的输出端；
馈电电路连接前级功放、推动级功放和若干末级功放。
4.根据权利要求3所述的Ku波段大功率固态功放组件阵列，其特征在于：前级功放和推动级功放为GaAs功放，末级功放为GaN功放。
5.根据权利要求3所述的Ku波段大功率固态功放组件阵列，其特征在于：连接同一最后一级功率分配器的Ku波段固态功放装置封装在同一壳体内，第一隔离器、前级功放、第二隔离器、第三隔离器和功率分配器直接与壳体固定，推动级功放和末级功放通过沉入式散热衬板与壳体固定，馈电电路设置在电路板上，电路板与壳体固定。
6.根据权利要求5所述的Ku波段大功率固态功放组件阵列，其特征在于：沉入式散热衬板与壳体之间垫有铟片。
7.根据权利要求3所述的Ku波段大功率固态功放组件阵列，其特征在于：Ku波段固态功放装置的相邻输出端交错分布。
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