RU189022U1 - Solid state microwave amplifier with spatial power summation - Google Patents
Solid state microwave amplifier with spatial power summation Download PDFInfo
- Publication number
- RU189022U1 RU189022U1 RU2019103056U RU2019103056U RU189022U1 RU 189022 U1 RU189022 U1 RU 189022U1 RU 2019103056 U RU2019103056 U RU 2019103056U RU 2019103056 U RU2019103056 U RU 2019103056U RU 189022 U1 RU189022 U1 RU 189022U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coaxial
- waveguide
- amplifiers
- amplifier
- output
- Prior art date
Links
- 239000007787 solid Substances 0.000 title 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 abstract 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/189—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
- H03F3/19—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Amplifiers (AREA)
- Microwave Amplifiers (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к усилителям высокой частоты на полупроводниковых приборах, и может быть использована в радиопередающих устройствах сверхвысоких частот для современных радиотехнических систем связи, локации и навигации.Техническим результатом является улучшение условий теплоотвода от плат одиночных усилителей и, как следствие, увеличение уровня выходной мощности твердотельного усилителя СВЧ с пространственным суммированием мощности, а также сокращение габаритов и массы устройства.Твердотельный усилитель СВЧ с пространственным суммированием мощности содержит входной коаксиальный ступенчатый трансформатор сопротивлений, радиальную коническую линию, сочлененные между собой посредством диэлектрической втулки, что позволяет исключить возможность электрического пробоя. Радиальная коническая линия переходит в сверхразмерный коаксиальный волновод, в котором симметрично по окружности сверхразмерного коаксиального волновода на основаниях с высокой теплопроводностью расположены N плат одиночных усилителей. Ко входам одиночных усилителей подключены волноводно-полосковые переходы, а к выходам - полосково-волноводные переходы, которые позволяют согласовать волновое сопротивление сверхразмерного коаксиального волновода с волновым сопротивлением каждого из одиночных усилителей. В объеме между проводниками сверхразмерного коаксиального волновода происходит пространственное сложение усиленных сигналов. Просуммированный сигнал попадает в выходной плавный коаксиальный трансформатор сопротивлений, выход которого является выходом твердотельного усилителя СВЧ с пространственным суммированием мощности.The utility model relates to radio engineering, namely, high-frequency amplifiers on semiconductor devices, and can be used in microwave transmitters for modern radio communication systems, location and navigation. The technical result is an improvement in the conditions of heat dissipation from single-amplifier boards and, as a result, increasing the output power level of a solid-state microwave amplifier with spatial summation of power, as well as reducing the size and weight of the device. microwave preamplifier spatial summation power input comprises a coaxial step transformer resistances conical radial line, articulated to each other through the dielectric sleeve, thus eliminating the possibility of electrical breakdown. The radial conical line passes into an oversize coaxial waveguide, in which N boards of single amplifiers are located symmetrically around the circumference of the oversize coaxial waveguide on bases with high thermal conductivity. Waveguide-strip junctions are connected to the inputs of single amplifiers, and strip-waveguide junctions are connected to the outputs, which make it possible to reconcile the impedance of an oversized coaxial waveguide with the impedance of each of the single amplifiers. In the volume between the conductors of an oversize coaxial waveguide, spatial amplification of amplified signals occurs. The summed signal enters the output smooth coaxial impedance transformer, the output of which is the output of a solid-state microwave amplifier with spatial power summation.
Description
Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к усилителям высокой частоты на полупроводниковых приборах, и может быть использована в радиопередающих устройствах сверхвысоких частот для современных радиотехнических систем связи, локации и навигации.The invention relates to radio engineering, in particular to high-frequency amplifiers on semiconductor devices, and can be used in microwave transmitters for modern radio communication systems, location and navigation.
Современное состояние радиопередающих устройств характеризуется переходом от мощных электровакуумных приборов (магнетронов, амплитронов, клистронов и других устройств, требующих высокого напряжения питания, имеющих небольшой срок службы, большие габариты и массу, сложности в изготовлении и при эксплуатации) к твердотельным передатчикам. Однако процесс развития полупроводниковой техники в настоящее время не обеспечивает получение высоких уровней мощности в сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазоне волн в одноканальных усилителях мощности. Требуемый уровень выходной мощности СВЧ-сигнала достигается суммированием мощности большого числа сравнительно маломощных транзисторных усилителей.The current state of radio transmitting devices is characterized by the transition from high-power electrovacuum devices (magnetrons, amplitrons, klystrons and other devices requiring high supply voltage, having a short service life, large dimensions and weight, difficulties in manufacturing and in operation) to solid-state transmitters. However, the development of semiconductor technology currently does not provide high power levels in the microwave (microwave) waveband in single-channel power amplifiers. The required output level of the microwave signal is achieved by summing the power of a large number of relatively low-power transistor amplifiers.
Известны устройства, основанные на способе суммирования мощности маломощных транзисторных усилителей при помощи микрополосковых бинарных сумматоров, в которых число каналов суммирования кратно двум.Known devices based on the method of summing the power of low-power transistor amplifiers using microstrip binary adders, in which the number of channels summation is a multiple of two.
Однако их существенным недостатком является рост потерь в микрополосковых линиях при увеличении числа суммируемых транзисторных усилителей. В известной технической литературе не рекомендуется суммировать мощность свыше шестнадцати транзисторных усилителей, по этой причине на одном кристалле за счет суммирования можно получить максимум десятикратное увеличение мощности отдельного суммируемого транзисторного усилителя.However, their significant drawback is the increase in losses in microstrip lines with an increase in the number of summable transistor amplifiers. In the well-known technical literature, it is not recommended to sum up the power of more than sixteen transistor amplifiers; for this reason, a maximum tenfold increase in the power of an individual summable transistor amplifier can be obtained on a single chip.
Известны устройства, основанные на способе пространственного суммирования сигналов отдельных твердотельных усилителей (транзисторных усилителей на монолитных интегральных схемах). Пространственное суммирование, по сравнению со схемами суммирования на микрополосковых линиях передачи, позволяет снизить потери мощности. Средой, где происходит суммирование, в этом случае служит свободное пространство или воздушная среда внутри волновода. Активным компонентом является решетка, каждый элемент которой принимает сигнал, усиливает его и излучает в свободное пространство. Преимуществом таких устройств являются малые потери и большое количество суммируемых элементов по сравнению с планарными схемами суммирования. Способ пространственного сложения обеспечивает уникальное сочетание большой выходной мощности, высокой линейности и низких фазовых шумов [1 - Методы суммирования мощности в твердотельных СВЧ-усилителях // Новости СВЧ-техники, 2015, №9, с. 3-35].Known devices based on the method of spatial summation of the signals of individual solid-state amplifiers (transistor amplifiers on monolithic integrated circuits). Spatial summation, compared with summation schemes on microstrip transmission lines, reduces power loss. The medium where the summation takes place, in this case, is the free space or air environment inside the waveguide. The active component is a lattice, each element of which receives a signal, amplifies it and radiates into free space. The advantage of such devices are low losses and a large number of summable elements compared to planar summation schemes. The method of spatial addition provides a unique combination of high output power, high linearity and low phase noise [1 - Methods of summation of power in solid-state microwave amplifiers // News of Microwave Technology, 2015, №9, p. 3-35].
Однако при практической реализации твердотельных усилителей СВЧ, построенных на основе пространственного суммирования мощности, возникают сложности, связанные с обеспечением необходимого температурного режима работы одиночных твердотельных усилителей. Надежность и выходная мощность твердотельного усилителя СВЧ значительно снижаются при повышении рабочей температуры. Известно, что при повышении температуры на каждые 10 градусов выходная мощность твердотельного усилителя СВЧ уменьшается на 5%, при этом срок службы устройства сокращается в два раза. Для отвода тепла обычно используются радиаторы с принудительным охлаждением, которые могут обладать достаточно большими размерами: такое решение может быть приемлемо для наземных станций, однако неприемлемо для бортовых систем [2 - Сечи Ф., Буджатти М. Мощные твердотельные СВЧ-усилители. // Litres, 2015].However, in the practical implementation of solid-state microwave amplifiers, built on the basis of the spatial summation of power, there are difficulties associated with providing the necessary temperature mode of operation of single solid-state amplifiers. The reliability and output power of a solid-state microwave amplifier is significantly reduced with increasing operating temperature. It is known that when the temperature rises every 10 degrees, the output power of a solid-state microwave amplifier decreases by 5%, and the service life of the device is halved. For removal of heat, radiators with forced cooling are usually used, which can be quite large in size: such a solution may be acceptable for ground stations, but unacceptable for on-board systems [2 - Sich F., Bujatti M. Powerful solid-state microwave amplifiers. // Liters, 2015].
Известен твердотельный усилитель мощности Х-диапазона [3 - патент RU №2343625 С1, МПК H03F 3/19, опубл. 10.01.2009], содержащий предварительный усилитель, микрополосковый делитель мощности на N каналов с элементами коррекции фазы, N канальных усилителей, волноводный сумматор, содержащий N волноводных ТЕМ-мостов (структура сумматора и волноводных ТЕМ-мостов в патенте не раскрыта), детектор.Known solid-state power amplifier X-band [3 - patent RU №2343625 C1, IPC
Недостатками такого твердотельного усилителя мощности Х-диапазона являются затруднения в реализации N-канальных делителей и сумматоров при N, отличном от 2m, значительное увеличение габаритов и массы волноводного сумматора, а также потерь в микрополосковом делителе при N>8.The disadvantages of such a solid-state X-band power amplifier are difficulties in the implementation of N-channel dividers and adders with N different from 2 m , a significant increase in size and weight of the waveguide adder, as well as losses in the microstrip divider with N> 8.
Известен микрополосковый усилитель мощности в двух плоскостях [4 - патент US №6525610, МПК H03F 3/60, опубл. 25.02.2003], содержащий входной регулятор фазы, согласующее устройство, предварительный усилитель, микрополосковый делитель 1/N, N усилителей канала, микрополосковый сумматор N/1, выходной регулятор фазы.Known microstrip power amplifier in two planes [4 - US patent No. 6525610, IPC
Недостатками такого усилителя являются значительные потери мощности, обусловленные применением микрополоскового сумматора мощности, а также необходимость регулировки фазы не только во входной, но и в выходной цепи.The disadvantages of this amplifier are significant power losses due to the use of microstrip power adder, as well as the need to adjust the phase not only in the input, but also in the output circuit.
Важными элементами усилителей с пространственным суммированием мощности канальных твердотельных усилителей являются делители и сумматоры мощности. Известен сумматор мощности на конической радиальной линии с коаксиальным ступенчатым трансформатором [5 - D.I.L. de Villiers, P.W. vander Walt, P.Meyer, Design of a Ten-Way Conical Transmission Line Power Combiner, IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-55, NO. 2, February 2007, pp. 302-308], преимуществом которого перед коническим сумматором являются меньшие габариты и масса. Недостатком этой конструкции является то, что необходимое низкое значение волнового сопротивления достигается в ней с помощью коаксиального ступенчатого трансформатора, в результате чего переход с коаксиального трансформатора на радиальную линию содержит прямой угол металлической детали в воздушном зазоре 0,28 мм, что при достаточно большой мощности приводит к электрическому пробою. Следствием этого является невозможность ее использования в качестве сумматора и проблематичность ее использования в качестве делителя в усилителе большой мощности.Important elements of amplifiers with spatial summation of the power of channel solid-state amplifiers are power dividers and adders. Known power adder on a conical radial line with a coaxial step transformer [5 - D.I.L. de Villiers, P.W. Walter, P.Meyer, Design of the Transitional Linear Transmission Linear Combiner, IEEE Trans, Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-55, NO. 2, February 2007, pp. 302-308], the advantage of which over a conical adder are smaller dimensions and weight. The disadvantage of this design is that the required low value of wave resistance is achieved in it using a coaxial step transformer, as a result of which the transition from the coaxial transformer to the radial line contains the right angle of the metal part in the air gap of 0.28 mm, which at a sufficiently large power leads to electrical breakdown. The consequence of this is the impossibility of its use as an adder and the difficulty of its use as a divider in a high power amplifier.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому техническому решению (прототипом) является твердотельный усилитель СВЧ с пространственным суммированием мощности, построенный на широкополосном устройстве объединения мощности [6 - H.Javadi-Bakhsh, R. Faraji-Dana.A wide band twenty-element microwave spatial power combiner. // Scientia Iranica, 2014, №21(3), pp. 853-860]. Твердотельный усилитель СВЧ с пространственным суммированием мощности содержит входной плавный коаксиальный трансформатор сопротивлений, переходящий в коаксиальный волновод, в объеме между проводниками коаксиального волновода циклически симметрично вдоль радиусов коаксиального волновода расположены платы одиночных усилителей, каждая из которых содержит печатную приемную антенну на входе одиночного усилителя и передающую печатную антенну на выходе одиночного усилителя, а также выходной плавный коаксиальный трансформатор сопротивлений, включенный на выходе коаксиального волновода.The closest in technical essence and the achieved technical result to the proposed technical solution (prototype) is a solid-state microwave amplifier with spatial power summation, built on a broadband power combining device [6 - H.Javadi-Bakhsh, R. Faraji-Dana.A wide band twenty -element microwave spatial power combiner. // Scientia Iranica, 2014, №21 (3), pp. 853-860]. A solid-state microwave amplifier with spatial power summation contains an input smooth coaxial impedance transformer, which converts into a coaxial waveguide, in the volume between the conductors of a coaxial waveguide cyclically symmetrically along the radii of the coaxial waveguide there are boards of single amplifiers, each of which contains a printed receiving antenna at the input of a single amplifier and a forward printed circuit antenna output of a single amplifier, as well as an output smooth coaxial transformer Events included at the output of the coaxial waveguide.
Основным недостатком прототипа является высокая тепловая нагрузка активных элементов. Платы одиночных усилителей располагаются вдоль радиусов коаксиального волновода, теплоотвод производится в направлении, касательном к плате, через тонкую стенку отсека, что приводит к ограничению максимального уровня выходной мощности каждого из одиночных усилителей и, как следствие, ограничивает максимальный уровень выходной мощности всего устройства. Кроме того, использование на входе усилителя плавного коаксиального трансформатора, аналогичного выходному, приводит к избыточным массе и габаритам усилителя.The main disadvantage of the prototype is the high heat load of the active elements. The boards of single amplifiers are located along the radii of the coaxial waveguide, heat is produced in a direction tangential to the board through the thin wall of the compartment, which limits the maximum output power level of each of the single amplifiers and, as a result, limits the maximum output power level of the entire device. In addition, the use of a smooth coaxial transformer at the input of the amplifier, similar to the output one, leads to an excess mass and dimensions of the amplifier.
Технической проблемой, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является разработка твердотельного усилителя СВЧ с пространственным суммированием мощности с увеличенным уровнем выходной мощности. Конструкция прототипа не позволяет эффективно отводить тепло от плат одиночных усилителей, в виду этого активные элементы находятся под высокой тепловой нагрузкой, что в свою очередь ограничивает уровень выходной мощности устройства.The technical problem addressed by the present utility model is the development of a solid-state microwave amplifier with spatial power summation with an increased level of output power. The design of the prototype does not effectively remove heat from the boards of single amplifiers, in view of this, the active elements are under high thermal load, which in turn limits the output power level of the device.
Для решения указанной технической проблемы предлагается твердотельный усилитель СВЧ с пространственным суммированием мощности, содержащий входной коаксиальный трансформатор сопротивлений, коаксиальный волновод, в котором расположены платы одиночных усилителей, выходной плавный коаксиальный трансформатор сопротивлений, включенный на выходе коаксиального волновода.To solve this technical problem, a solid-state microwave amplifier with spatial power summation is proposed, containing an input coaxial impedance transformer, a coaxial waveguide containing single amplifier boards, an output smooth coaxial impedance transformer connected at the output of the coaxial waveguide.
Согласно полезной модели введены радиальная коническая линия и диэлектрическая втулка, входной коаксиальный трансформатор сопротивлений выполнен ступенчатым и сочленен с радиальной конической линией посредством диэлектрической втулки, коаксиальный волновод выполнен сверхразмерным, радиальная коническая линия переходит в сверхразмерный коаксиальный волновод, в котором симметрично по окружности расположены N плат одиночных усилителей, каждая из N плат одиночных усилителей содержит волноводно-полосковый переход, подключенный к входу одиночного усилителя, и полосково-волноводный переход, подключенный к выходу одиночного усилителя, причем каждая из плат одиночных усилителей размещена на основании с высокой теплопроводностью, установленном на соответствующем участке внешнего проводника сверхразмерного коаксиального волновода.According to the utility model, a radial conical line and a dielectric sleeve are introduced, the input coaxial impedance transformer is stepped and articulated to the radial conical line by means of a dielectric sleeve, the coaxial waveguide is made oversized, the radial conical line goes into an oversized coaxial waveguide, in which symmetrically circumferentially N plates are placed amplifiers, each of the N boards of single amplifiers contains a waveguide-strip junction connected to the input in a single amplifier and a waveguide-stripline transition, connected to the output of a single amplifier, with each of the boards single amplifiers placed on the base with high thermal conductivity, mounted on the corresponding portion of the outer conductor of the coaxial waveguide oversize.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается тем, что введены:A comparative analysis with the prototype shows that the claimed device differs in that it introduced:
- радиальная коническая линия;- radial conical line;
- диэлектрическая втулка;- dielectric sleeve;
изменены форма выполнения элемента и связи между элементами:changed the form of the element and the relationship between elements:
- входной коаксиальный трансформатор сопротивлений выполнен ступенчатым и сочленен с радиальной конической линией посредством диэлектрической втулки;- input coaxial impedance transformer is made stepwise and articulated with a radial conical line by means of a dielectric sleeve;
- радиальная коническая линия переходит в коаксиальный волновод, выполненный сверхразмерным;- radial conical line goes into a coaxial waveguide, made oversize;
- N плат одиночных усилителей, симметрично расположенных по окружности сверхразмерного коаксиального волновода, каждая из N плат одиночных усилителей включает волноводно-полосковый переход, подключенный к входу одиночного усилителя, и полосково-волноводный переход, подключенный к выходу одиночного усилителя;- N boards of single amplifiers symmetrically arranged around the circumference of an oversize coaxial waveguide, each of the N boards of single amplifiers includes a waveguide-strip junction connected to the input of a single amplifier, and a strip-waveguide junction connected to the output of a single amplifier;
изменено взаимное расположение элементов:changed relative position of elements:
- платы одиночных усилителей размещены на основаниях с высокой теплопроводностью, установленных на соответствующих участках внешнего проводника сверхразмерного коаксиального волновода.- boards of single amplifiers are placed on bases with high thermal conductivity, installed on the corresponding sections of the outer conductor of an oversized coaxial waveguide.
Техническим результатом предлагаемого твердотельного усилителя СВЧ с пространственным суммированием мощности является улучшение условий теплоотвода одиночных усилителей и, как следствие, увеличение уровня выходной мощности.The technical result of the proposed solid-state microwave amplifier with spatial power summation is the improvement of the conditions of heat removal of single amplifiers and, as a consequence, an increase in the output power level.
Сочетание отличительных признаков и свойств предложенного твердотельного усилителя СВЧ с пространственным суммированием мощности из доступной литературы не известны, следовательно, заявляемое устройство соответствует критерию «новизна».The combination of distinctive features and properties of the proposed solid-state microwave amplifier with a spatial summation of the power of the available literature is not known, therefore, the proposed device meets the criterion of "novelty."
Схематичное изображение твердотельного усилителя СВЧ с пространственным суммированием мощности в разрезе представлено на фигуре 1. Внешний вид изготовленного макета устройства твердотельного усилителя СВЧ с пространственным суммированием мощности показан на фигуре 2.A schematic depiction of a solid-state microwave amplifier with a spatial summation of power is shown in section 1. The appearance of the manufactured breadboard model of a solid-state microwave amplifier with spatial power summation is shown in Figure 2.
Твердотельный усилитель СВЧ с пространственным суммированием мощности содержит (фиг. 1) входной коаксиальный ступенчатый трансформатор сопротивлений 1, радиальную коническую линию 2, диэлектрическую втулку 3, установленную в месте сочленения входного коаксиального ступенчатого трансформатора сопротивлений 1 с радиальной конической линией 2, что обеспечивает исключение возможности электрического пробоя, сверхразмерный коаксиальный волновод 4, в который переходит радиальная коническая линия 2. В сверхразмерном коаксиальном волноводе 4 симметрично по окружности расположены N плат одиночных усилителей 6, каждая из которых размещена на основании с высокой теплопроводностью, установленном на соответствующем участке внешнего проводника сверхразмерного коаксиального волновода 4, с подключенным к входу одиночного усилителя 6 волноводно-полосковым переходом 5, а к выходу -полосково-волноводным переходом 7. Выход сверхразмерного коаксиального волновода 4 соединен с выходным плавным коаксиальным трансформатором сопротивлений 8.A solid-state microwave amplifier with spatial power summation contains (Fig. 1) an input coaxial stepped resistance transformer 1, a radial
Рассмотрим принцип работы предложенного твердотельного усилителя СВЧ с пространственным суммированием мощности.Consider the principle of operation of the proposed solid-state microwave amplifier with spatial power summation.
От источника сигналов (на фиг. 1 не показан) сигнал поступает на вход твердотельного усилителя СВЧ с пространственным суммированием мощности: на входной коаксиальный ступенчатый трансформатор сопротивлений 1, сочлененный с радиальной конической линией 2 посредством диэлектрической втулки 3, что обеспечивает исключение возможности электрического пробоя, и далее - в сверхразмерный коаксиальный волновод 4. В результате происходит трансформация волнового сопротивления входного сигнала и его согласование с волновым сопротивлением сверхразмерного коаксиального волновода 4.From the source of signals (not shown in Fig. 1), the signal is fed to the input of a solid-state microwave amplifier with spatial power summation: to an input coaxial stepped impedance transformer 1 coupled to a radial
Далее сигнал передается посредством волноводно-полосковых переходов 5 на вход каждой из N плат одиночных усилителей 6, размещенных на основаниях с высокой теплопроводностью, установленных на соответствующих участках внешнего проводника сверхразмерного коаксиального волновода 4. Волноводно-полосковые переходы 5 служат для согласования волнового сопротивления сверхразмерного коаксиального волновода 4 с сопротивлением 50-омной полосковой линии каждой из N плат одиночных усилителей 6. Выделяемое платами одиночных усилителей 6 тепло передается на основания с высокой теплопроводностью, что позволяет снизить тепловую нагрузку на каждый из одиночных усилителей 6 и, как показано в [2], увеличить при фиксированной температуре выходную мощность. Усиленные сигналы выводятся в объем между проводниками сверхразмерного коаксиального волновода 4 посредством N полосково-волноводных переходов 7. Полосково-волноводные переходы 7 служат для согласования сопротивления 50-омной полосковой линии каждой из N плат одиночных усилителей 6 с волновым сопротивлением сверхразмерного коаксиального волновода 4. В объеме между проводниками сверхразмерного коаксиального волновода 4 происходит пространственное сложение усиленных сигналов. После этого просуммированный сигнал попадает в выходной плавный коаксиальный трансформатор сопротивлений 8, где происходит согласование волновых сопротивлений сверхразмерного коаксиального волновода 4 с волновым сопротивлением выхода твердотельного усилителя СВЧ с пространственным суммированием мощности.Next, the signal is transmitted through waveguide-
Таким образом, в предложенном твердотельном усилителе СВЧ с пространственным суммированием мощности обеспечиваются улучшенные условия отвода тепла (за счет расположения плат одиночных усилителей 6 на внешнем проводнике сверхразмерного коаксиального волновода 4) и, как следствие, увеличение уровня выходной мощности. Кроме того, за счет использования на входе твердотельного усилителя СВЧ с пространственным суммированием мощности входного коаксиального ступенчатого трансформатора сопротивлений 1 с радиальной конической линией 2 и установленной в месте их сочленения диэлектрической втулкой 3 вместо плавного конического трансформатора, аналогичного плавному коаксиальному трансформатору сопротивлений 8, установленному на выходе усилителя, сокращены габариты и масса устройства.Thus, in the proposed solid-state microwave amplifier with spatial power summation, improved heat removal conditions are provided (due to the arrangement of the boards of
На фигуре 2 представлен общий вид изготовленного макета твердотельного усилителя СВЧ с пространственным суммированием мощности, в котором используются 24 платы одиночных усилителей.The figure 2 presents a General view of the fabricated layout of a solid-state microwave amplifier with spatial power summation, which uses 24 boards of single amplifiers.
Разработанная конструкция позволяет использовать в усилительных ячейках микросхемы усилителей мощностью 50 Вт с расчетной выходной мощностью всего усилителя СВЧ с пространственным суммированием мощности до 1 кВт. Однако, из экономических соображений (стоимость микросхем превышает в 4 раза стоимость изготовления макета), макетирование производилось на существенно менее дорогостоящих микросхемах усилителей с выходной мощностью в режиме насыщения плюс 23 дБм. При этом решена основная задача - экспериментальная оценка потерь суммирования разработанной конструкции. Плата одиночного усилителя представляет собой микросборку на медном основании, на котором смонтирован кристалл и микроплата на диэлектрическом материале RO4003C толщиной 0,508 мм.The developed design makes it possible to use in amplification cells microchips of 50 W amplifiers with the calculated output power of the entire microwave amplifier with spatial summation of power up to 1 kW. However, for economic reasons (the cost of microcircuits is 4 times the cost of making a layout), the prototyping was carried out on significantly less expensive amplifier chips with output power in the saturation mode plus 23 dBm. At the same time, the main task was solved - experimental evaluation of the summation loss of the developed structure. The single amplifier board is a micro-assembly on a copper base, on which a crystal and a microboard are mounted on a RO4003C dielectric material with a thickness of 0.508 mm.
Каждая плата одиночного усилителя в специальном контактном устройстве предварительно настроена в рабочем диапазоне частот на минимум КСВН по входу. Выход платы одиночного усилителя согласован на максимум выходной мощности и дополнительная настройка не потребовалась. Амплитудная неидентичность плат одиночных усилителей не превышала ±0,5 дБ, фазовая - ±8° в рабочем диапазоне частот.Each board of a single amplifier in a special contact device is pre-configured in the operating frequency range to a minimum of the VSWR at the input. The output of the single amplifier board is matched to the maximum output power and no additional adjustment was required. The amplitude nonidentity of the boards of single amplifiers did not exceed ± 0.5 dB, the phase - ± 8 ° in the operating frequency range.
Конструкция макета позволяет устанавливать усилительные ячейки мощностью до 50 Вт и вентиляторы охлаждения, увеличив таким образом, без существенной доработки, выходную мощность всего усилителя примерно до 1 кВт.The design of the layout allows you to install amplifying cells with a capacity of up to 50 W and cooling fans, thus increasing, without significant modifications, the output power of the entire amplifier to about 1 kW.
Таким образом, технический результат от использования заявленного технического решения, по сравнению с аналогами и прототипом, заключается в улучшении условий теплоотвода одиночных усилителей, что позволяет использовать более мощные микросхемы усилителей и, как следствие, увеличить уровень выходной мощности. Кроме того, за счет использования входного коаксиального ступенчатого трансформатора сопротивлений 1 с радиальной конической линией 2 и установленной в месте их сочленения диэлектрической втулкой 3 сокращены габариты и масса твердотельного усилителя СВЧ с пространственным суммированием мощности.Thus, the technical result from the use of the claimed technical solution, in comparison with analogues and the prototype, is to improve the conditions of heat removal of single amplifiers, which allows the use of more powerful amplifier chips and, as a consequence, increase the output power level. In addition, due to the use of an input coaxial step transformer of resistances 1 with a radial
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019103056U RU189022U1 (en) | 2019-02-04 | 2019-02-04 | Solid state microwave amplifier with spatial power summation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019103056U RU189022U1 (en) | 2019-02-04 | 2019-02-04 | Solid state microwave amplifier with spatial power summation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU189022U1 true RU189022U1 (en) | 2019-05-06 |
Family
ID=66430911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019103056U RU189022U1 (en) | 2019-02-04 | 2019-02-04 | Solid state microwave amplifier with spatial power summation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU189022U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2732902C1 (en) * | 2019-07-15 | 2020-09-24 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Салют" | Microwave power amplifier |
| RU223818U1 (en) * | 2024-01-16 | 2024-03-05 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" | AMPLIFIER WITH SPATIAL POWER SUMMATION |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6525610B1 (en) * | 2000-10-20 | 2003-02-25 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Dual plane microstrip power amplifier |
| RU2343625C1 (en) * | 2007-06-13 | 2009-01-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт радиоэлектронных комплексов" (ОАО "НИИ РЭК") | Solid-state amplifier of x-range power |
| RU172828U1 (en) * | 2017-02-22 | 2017-07-26 | Акционерное общество "Северный пресс" | Solid state power amplifier of the microwave signal of the onboard radar of an unmanned aerial vehicle |
-
2019
- 2019-02-04 RU RU2019103056U patent/RU189022U1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6525610B1 (en) * | 2000-10-20 | 2003-02-25 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Dual plane microstrip power amplifier |
| RU2343625C1 (en) * | 2007-06-13 | 2009-01-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт радиоэлектронных комплексов" (ОАО "НИИ РЭК") | Solid-state amplifier of x-range power |
| RU172828U1 (en) * | 2017-02-22 | 2017-07-26 | Акционерное общество "Северный пресс" | Solid state power amplifier of the microwave signal of the onboard radar of an unmanned aerial vehicle |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| HADI JAVADI-BAKHSH et al, A Wideband Twenty-Element Microwave Spatial Power Combiner, Scienta Iranica, 21(3), июнь 2014, с. 853-860. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2732902C1 (en) * | 2019-07-15 | 2020-09-24 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Салют" | Microwave power amplifier |
| RU223818U1 (en) * | 2024-01-16 | 2024-03-05 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" | AMPLIFIER WITH SPATIAL POWER SUMMATION |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7146983B2 (en) | Solid-state microwave oscillators and power amplifiers | |
| CN111025235B (en) | Microwave TR assembly with ultra-wide working bandwidth | |
| EP2321872B1 (en) | Modular solid-state millimeter wave (mmw) rf power source | |
| Jia et al. | Broad-band high-power amplifier using spatial power-combining technique | |
| US6828875B2 (en) | Compact slotted-waveguide spatial power divider/combiner/amplifier | |
| Yeh et al. | A 28-GHz phased-array transceiver with series-fed dual-vector distributed beamforming | |
| Buckwalter et al. | Prospects for high-efficiency silicon and lll-V power amplifiers and transmitters in 100-300 GHz bands | |
| CN113474992A (en) | Transmission and reception device with a wideband HF power amplifier, in particular an N-way Doherty amplifier with active load modulation | |
| US20100164655A1 (en) | Heat insulating transmission line, vacuum insulating chamber, wireless communication system | |
| CN114122661B (en) | Mirror power combining/distributing network | |
| RU189022U1 (en) | Solid state microwave amplifier with spatial power summation | |
| Bagheri et al. | A 28 GHz 8× 8 gapwaveguide phased array employing GaN front-end with 60 dBm EIRP | |
| JP2009055515A (en) | Amplifier | |
| KR101833241B1 (en) | Spatial power combiner for millimeter wave having transition substrates with different width | |
| US7176762B2 (en) | Radio frequency power amplifier | |
| Pandey | Broadband 32-Way E-Band Inline Power Combiner for High-Power MMIC Amplifiers | |
| Yoon et al. | Highly linear & efficient power spatium combiner amplifier with GaN HPA MMIC at millimeter wavelength frequency | |
| Lang et al. | A ku-band eight-way solid-state spatial power-combining amplifier | |
| Roev et al. | Efficient millimeter-wave high power generation with spatial power-combined feeding element | |
| Roev | Wideband Watt-Level Spatial Power-Combined Power Amplifier in SiGe BICMOS Technology for Efficient mm-Wave Array Transmitters | |
| Karthaus et al. | A 45 dBm balanced power amplifier module based on four fully integrated Doherty PA MMICs A scalable solution for cellular infrastructure active antenna systems | |
| Shen | Ku-band 360-W Pulsed Solid-State Power Amplifier with Excellent Comprehensive Performance | |
| Eswarappa et al. | A compact millimeter-wave slotted-waveguide spatial array power combiner | |
| Dow et al. | Ka-band high efficiency 1 watt power amplifier | |
| Wang et al. | A full Ka-band 50W Solid-State Power Amplifier Combiner |