CN217007667U - 具有备份功能的功放模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有备份功能的功放模块，包括：依次连接的输入电路，第一选择开关，射频放大电路，第二选择开关和输出电路，其中，所述射频放大电路包括多条射频通路。本实用新型将发射机的可靠性提高一倍；减小模块体积和重量，同时也可降低备份成本；电路备份但基本不增加功耗；比采用封装器件进行设计的模块，尺寸和重量至少减小三分之二；快速故障定位；实现自然散热，不需发射机额外分配散热资源，从而减小整机体积和重量；能在各种恶劣的气候条件下工作，大大提高模块的可靠性；拆卸快捷，维修方便，可靠性高。

Description

具有备份功能的功放模块

技术领域

本实用新型属于雷达发射机技术领域，特别涉及具有备份功能的功放模块。

背景技术

发射机是雷达系统的重要组成部分之一，主要功能是实现电磁波信号的功率放大。国内固态发射机技术起步较晚，尤其在微波万瓦级、毫米波千瓦级大功率固态发射机技术领域缺乏关键技术。随着雷达系统的不断发展，对固态功放发射机也提出更高的要求，高功率、高效率、高可靠性、小型化的固态功放模块成为了目前的发展方向。

目前国内的万瓦级的固态功率发射机都是由一个驱动模块加上多个千瓦级的功放组件通过波导合成的方式实现，该实现方式中，一旦驱动模块发生故障，则整个发射机就无法工作，因此，现有驱动模块的可靠性无法保证。此外，万瓦级的固态功放发射机因为经过多级合成，热耗较大，而该类型发射机都是通过大功率风冷或液冷进行散热，因此导致该类型发射机体积较大，重量较重。

实用新型内容

针对现有的万瓦级固态发射机体积较大，重量较重，以及可靠性无法保证的问题，本实用新型提供了一种具有备份功能的功放模块。

本实用新型提供的具有备份功能的功放模块，包括：

依次连接的输入电路，第一选择开关，射频放大电路的主备电路，和输出电路，

其中，

所述射频放大电路的主备电路包括多条射频通路。

进一步，

所述输入电路包括依次连接的输入隔离器、输入耦合器和可调衰减器；

所述输入耦合器外接有输入检波电路。

进一步，

所述射频通路包括依次连接的第一砷化镓功放芯片、温补减衰器、第二砷化镓功放芯片和第二选择开关。

进一步，

所述第二砷化镓功放芯片外接有调制电路。

进一步，

所述调制电路连接负压保护电路；

所述调制电路为漏极调制电路。

进一步，

所述第二选择开关连接开关驱动电路，所述功放模块的调制电路输出信号和所述开关驱动电路的开关信号联动，只有被选择的所述射频通络才通电，

多条射频通路的第二选择开关是联动开关。

进一步，

所述输出电路包括依次连接的输出隔离器、输出耦合器、带通滤波器和功分器；

所述输出耦合器外接输出检波电路。

进一步，

所述功放模块内部包含低频电路，所述低频电路采用全裸芯片，所述低频电路包括所述漏极调制电路、负压保护电路和开关驱动电路；

所述射频放大电路采用裸芯片。

进一步，

所述功放模块固定于长方体形模块腔体中，

所述模块腔体上采用烧结工艺烧结有绝缘子，所述模块腔体内部器件通过所述绝缘子进行供电；

所述模块腔体采用激光封焊盖板；

所述模块腔体外表面上设计有散热齿。

进一步，

所述功放模块的射频输入端口和射频输出端口采用同轴输入，供电端口和控制端口采用低频连接器。

本实用新型提供的具有备份功能的功放模块，适用于万瓦级固态发射机的驱动模块，所述功放模块进行了备份设计和小型化设计，达到减小发射机整机体积和重量，提高发射机可靠性的目的。具体而言，本实用新型提供的具有备份功能的功放模块实现了如下技术效果：

1.所述功放模块，内部采用备份设计，包括多条射频通路，包括作为主用电路的射频通路和作为备用电路的射频通路，通过开关进行切换，当主用电路发生故障时，可快速切换备用电路工作，不影响发射机的持续工作，可将发射机的可靠性提高一倍。

2.所述功放模块，为选择性备份设计，并不是常用的两路完全备份，该模块只对模块内部可靠性相对低（相对容易发生故障的器件，例如射频放大电路）进行备份设计，可靠性高且基本不会发生故障的器件（例如输入电路、输出电路等）多路共用，该方式可进一步减小模块体积和重量，同时也可降低备份成本。

3.所述功放模块，功放芯片的调制电路输出信号和开关信号联动，只有被选择的射频放大电路的功放芯片才通电，另一路做备份时不通电。达到电路备份但基本不增加功耗的效果。

4.所述功放模块，进行小型化设计，低频电路（负压保护电路、功放漏极调制电路、开关驱动电路）和射频放大电路都采用裸芯片，比采用封装器件进行设计的模块，尺寸和重量至少减小三分之二。

5.所述功放模块，可快速故障定位，模块设计有输入检波和输出检波，上位机可实时监控模块工作状态，可通过检波信号判断是否为该模块故障，从而快速定位故障，以便启用备份功放电路，不影响整机的持续性工作。

6.所述功放模块，模块上设计有散热齿，可实现自然散热，不需发射机额外分配散热资源，从而减小整机体积和重量。

7.所述功放模块，模块采用背穿烧结绝缘子的方式进行供电，模块盖板采用激光封焊，达到气密的效果，能在各种恶劣的气候条件下工作，大大提高模块的可靠性。

8.所述功放模块，具有体积小，重量轻的特点，拆卸快捷，维修方便；具有备份功能且切换快速，可靠性高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本实用新型实施例的具有备份功能的功放模块的拓扑结构示意图；

其中：1-输入电路，11-输入隔离器，12-输入耦合器，13-可调衰减器；2-第一选择开关；3-射频放大电路，A1-第一GaAs功放芯片，W1-温补减衰器，A2-第二GaAs功放芯片，31-第二选择开关；4-输出电路，41-输出隔离器，42-输出耦合器，43-带通滤波器，44-功分器。

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、完整地说明，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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

图1为本实用新型提供的具有备份功能的功放模块的拓扑结构示意图。由图1可知，所述功放模块包括依次连接的输入电路1、第一选择开关2、射频放大电路3和输出电路4。

输入电路1包括输入隔离器11、输入耦合器12和可调衰减器13。输入隔离器主要用于改善级间输入输出驻波。输入耦合器采用微带耦合的方式耦合功率。可调衰减器用于根据发射机的需求进行功放模块的增益调节和功率调节。其中，输入耦合器外接有输入检波电路，输入检波电路用于将输入耦合器耦合的功率进行检波，再上报上位机，用于检测输入信号是否正常。

第一选择开关用于在射频放大电路中进行射频通路选择。

射频放大电路包括多条射频通路，所述多条射频通路包括作为主用电路的射频通路和作为备用电路的射频通路，当主用电路发生故障时，切换到备用电路。

上述射频通路包括依次连接的第一GaAs（砷化镓）功放芯片A1、温补减衰器W1、第二GaAs功放芯片A2以及第二选择开关31。第一GaAs功放芯片A1用于对射频信号进行第一次功率放大。温补衰减器W1用于对第一GaAs功放芯片A1的输出功率进行高低温下补偿，减小温度对第一GaAs功放芯片A1的输出功率的影响，同时改善功放芯片的输入输出驻波。第二GaAs功放芯片A2用于对射频信号进行第二次功率放大。第二GaAs功放芯片A2外接有调制电路，调制电路连接负压保护电路。所述调制电路为漏极调制电路，用于接收上位机的逻辑电平（TTL）控制信号，对功放芯片漏极电压进行调制。负压保护电路，用于保证功放芯片在栅极已供负电的前提下漏极才能供上正电，从而防止功放芯片供电烧毁。所述射频放大电路采用裸芯片。

在一个实施例中，射频放大电路包括两条射频通路，一条射频通路作为主用电路，另一条射频通路作为备用电路。

为了提高级间匹配度和稳定性，优选地，所述两条射频通路相同。

主用电路和备用电路的第二选择开关是联动开关，在工作中，一个第二选择开关为开的状态时，另一个第二选择开关就为关的状态。主用电路和备用电路的第二选择开关用于在射频放大电路中进行射频通路选择，和第一选择开关选择同一路射频通路。主用电路和备用电路的第二选择开关分别连接一路开关驱动电路。所述开关驱动电路，用于接收到上位机的开关切换信号，对应输出相应的电压进行通路选择。本实用新型提供的功放模块的调制电路输出信号和开关驱动电路的开关信号联动，只有被选择的射频通路的功放芯片才通电，另一射频通路做备份时不通电。

输出电路4包括输出隔离器41、输出耦合器42、带通滤波器43和功分器44。输出隔离器主要用于在模块输出端失配或者空载时吸收反射功率，以防止功放芯片烧毁。输出耦合器用于采用微带耦合的方式耦合功率。带通滤波器用于将经过两次放大的射频信号进行滤波，起到抑制二次三次谐波和杂散的作用。功分器采用微带功分器，例如，Wilkinson功分器，用于将输出功率功分为两路输出。输出耦合器外接输出检波电路，输出检波电路用于将输出耦合器耦合的功率进行检波，上报上位机，以检测输出功率是否正常。

本实用新型提供的具有备份功能的功放模块，采用2只GaAs微波功放芯片进行功率放大，该功放模块的增益和输出功率可根据万瓦级发射机的千瓦级功放组件需求进行适配，输入信号通过输入隔离器改善输入驻波，信号经过输入耦合器耦合功率，用于输入检波，检测输入信号是否正常。信号通过可调衰减器衰减后，进入第一选择开关，选择一路射频通路工作。信号经过第一GaAs功放芯片放大后，进入温补衰减器进行功率衰减，进入第二GaAs功放芯片，对信号再次进行放大后，通过第二选择开关选择输出。最终放大后的射频信号通过输出隔离器后，进入输出耦合器耦合功率，用于输出检波，检测输出信号是否正常。最后经过带通滤波器滤波后通过功分器功分两路输出。

本实用新型提供的具有备份功能的功放模块的电路原理如下：通过分析，隔离器、衰减器、滤波器等无源器件可靠性高，基本不会发生故障，而功放芯片为有源器件可靠性相对低，因此只选择电路中的功放器件进行备份。

本实用新型提供的具有备份功能的功放模块内部包含低频电路，低频电路采用全裸芯片进行设计，低频电路包括上述的漏极调制电路、负压保护电路和开关驱动电路。

本实用新型提供的具有备份功能的功放模块固定于长方体形模块腔体中，腔体上采用烧结工艺烧结有绝缘子，模块腔体内部器件通过绝缘子进行供电。模块腔体采用激光封焊盖板，使模块达到气密的效果。模块腔体外表面（优选上下底面）上设计有散热齿，可自然散热。

本实用新型提供的具有备份功能的功放模块的射频输入端口和射频输出端口采用同轴输入，供电端口和控制端口采用低频连接器，安装和连接方便。

本实用新型提供的具有备份功能的功放模块，可用于万瓦级的大功率固态发射机的驱动模块，所述功放模块进行备份设计，内含两个射频放大的射频通路，一备一用，通过开关进行切换。其中，所述功放模块内部集成的两路射频放大通道，各采用两只GaAs功放芯片进行功率放大，增益和功率大小可根据整机输出需求进行调整；所述功放模块的输入输出均加有隔离器，起到保护功放芯片和改善输入输出驻波的作用。

本实用新型提供的具有备份功能的功放模块在输入端和输出端都设计有耦合检波，通过检波判定该模块是否工作正常。在供电检测和控制信号输出正常的前提下，当出现输入检波正常，输出检波异常时，则说明该射频放大路故障，此时通过控制信号控制开关切换备份路就能使模块快速恢复正常工作。

本实用新型提供的具有备份功能的功放模块为了减小体积和重量，进行小型化设计，射频放大电路和低频电路全部采用裸芯片。

为了适应万瓦级发射机的输入输出连接，本实用新型提供的具有备份功能的功放模块的射频输入端口和射频输出端口采用同轴连接器，连接方便快捷。为了提高所述功放模块的环境适应性，所述功放模块采用绝缘子进行供电并进行激光封焊，使模块达到气密的要求，大大提高了模块的可靠性。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种具有备份功能的功放模块，其特征在于，包括：

依次连接的输入电路、第一选择开关、射频放大电路和输出电路，

其中，

所述射频放大电路包括多条射频通路。

2.如权利要求1所述的具有备份功能的功放模块，其特征在于，

所述输入电路包括依次连接的输入隔离器、输入耦合器和可调衰减器；

所述输入耦合器外接有输入检波电路。

3.如权利要求2所述的具有备份功能的功放模块，其特征在于，

所述射频通路包括依次连接的第一砷化镓功放芯片、温补减衰器、第二砷化镓功放芯片和第二选择开关。

4.如权利要求3所述的具有备份功能的功放模块，其特征在于，

所述第二砷化镓功放芯片外接有调制电路。

5.如权利要求4所述的具有备份功能的功放模块，其特征在于，

所述调制电路连接负压保护电路；

所述调制电路为漏极调制电路。

6.如权利要求5所述的具有备份功能的功放模块，其特征在于，

所述第二选择开关连接开关驱动电路，所述功放模块的调制电路输出信号和所述开关驱动电路的开关信号联动，只有被选择的所述射频通路才通电，

多条射频通路的第二选择开关是联动开关。

7.如权利要求6所述的具有备份功能的功放模块，其特征在于，

所述输出电路包括依次连接的输出隔离器、输出耦合器、带通滤波器和功分器；

所述输出耦合器外接输出检波电路。

8.如权利要求7所述的具有备份功能的功放模块，其特征在于，

所述功放模块内部包含低频电路，所述低频电路采用全裸芯片，所述低频电路包括所述漏极调制电路、负压保护电路和开关驱动电路；

所述射频放大电路采用裸芯片。

9.如权利要求1-8任一项所述的具有备份功能的功放模块，其特征在于，

所述功放模块固定于长方体形模块腔体中，

所述模块腔体上采用烧结工艺烧结有绝缘子，所述模块腔体内部器件通过所述绝缘子进行供电；

所述模块腔体采用激光封焊盖板；

所述模块腔体外表面上设计有散热齿。

10.如权利要求9所述的具有备份功能的功放模块，其特征在于，

所述功放模块的射频输入端口和射频输出端口采用同轴输入，供电端口和控制端口采用低频连接器。

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