本發(fā)明涉及一種新型分離設(shè)計的寬帶固態(tài)功率放大器。

背景技術(shù)：

隨著微波毫米波技術(shù)在雷達、制導及通信等領(lǐng)域的廣泛應用，對微波毫米波固態(tài)功率放大器的帶寬、增益及輸出功率等指標都提出了越來越高的要求。在單個器件輸出功率有限的情況下，采用多個固態(tài)器件通過先多路功率分配，再各支路分別功率放大，最后再由多路功率合成的技術(shù)方案是提高系統(tǒng)輸出功率的有效方法。而目前國內(nèi)外功率分配及合成技術(shù)所遇到的普遍問題是如何進一步有效地提高功率分配及合成效率、提高可靠性、增大工作帶寬及提高功率容量等。

傳統(tǒng)的基于功率分配、功率放大和功率合成三者一體化設(shè)計和一體化加工的方案中，由于受到一體化設(shè)計及加工的限制，其功率放大部分的外形結(jié)構(gòu)無法自由選擇，同時，由于受到功率分配器及功率合成器的外形尺寸限制，其最大外形尺寸只能與功率分配器及功率合成器相匹配，大大限制了其散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計自由度。由于散熱面積無法做到與射頻功率的等比例增長，因此，其射頻輸出功率已經(jīng)無法滿足更大功率的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中射頻輸出功率已經(jīng)無法滿足更大功率的要求問題，提供了一種新型分離設(shè)計的寬帶固態(tài)功率放大器。

一種新型分離設(shè)計的寬帶固態(tài)功率放大器，包括：依次連接的射頻輸入端口、功率分配器、功率放大器、功率合成器、輸出端耦合器、射頻輸出端口，還包括散熱器、抽風機和吹風機，所述功率分配器、功率放大器、功率合成器采用獨立模塊化設(shè)計。

功率分配器中有多個等幅同相功分支路，功率放大器中有多個獨立的放大支路，各功分支路通過高相位一致性的等長同軸電纜與功率放大器連接，各放大支路通過高相位一致性的等長同軸電纜與功率合成器連接。

功率放大器設(shè)置于散熱器的上側(cè)表面和下側(cè)表面，所述功率分配器設(shè)置于散熱器的前側(cè)，功率合成器設(shè)置于散熱器的后側(cè)，所述抽風機設(shè)置于散熱器的前側(cè)，吹風機設(shè)置于散熱器的后側(cè)。

功率放大器產(chǎn)生的熱量經(jīng)散熱器的上側(cè)表面和下側(cè)表面?zhèn)鲗У缴崞鲀?nèi)部，在吹風機和抽風機的作用下散熱器內(nèi)部形成空氣流通通道，外部空氣由吹風機作用下從散熱器的后側(cè)進入內(nèi)部后經(jīng)抽風機作用下從散熱器的前側(cè)抽出，散熱器內(nèi)部的熱量隨空氣流通擴散出去。

在上述方案基礎(chǔ)上，散熱器包括散熱基板、散熱翅片和熱管，散熱基板(41)共兩件，分別位于散熱器的上部和下部，散熱翅片設(shè)置于兩件散熱基板中間并與兩件散熱基板連接，熱管一段鑲嵌于散熱基板的表面另一段穿插鑲嵌于散熱翅片中，熱管并排設(shè)置多根。

優(yōu)選的，所述功率放大器共四件，其中兩件設(shè)置于散熱器的上側(cè)表面，另外兩件設(shè)置于散熱器的下側(cè)表面，功率放大器與散熱器之間涂有低熱阻的材料。

優(yōu)選的，所述抽風機和吹風機各有兩臺，并排安裝于所述散熱器的前側(cè)和后側(cè)。

在上述方案的基礎(chǔ)上，各放大支路中設(shè)置有幅相調(diào)節(jié)器。

本發(fā)明的有益效果：

1.通過采用模塊化思路，將功率分配器、功率放大器與功率合成器分別單獨設(shè)計，散熱器、功率放大器結(jié)構(gòu)設(shè)計自由度不再受限于原一體化設(shè)計的結(jié)構(gòu)尺寸，是提高散熱效率、降低功率放大器溫升的前提。

2.散熱器采用熱管立體分布的新型散熱結(jié)構(gòu)、將功率放大部分置于熱管散熱器表面以及采用前吹風后抽風相結(jié)合的通風風道等多種途徑，大大提高了功率放大器的散熱效率。

3.各功率放大單元支路具有獨立的射頻輸入輸出接口和幅相調(diào)節(jié)器，可以實現(xiàn)對每一路信號的相位進行分別測試和調(diào)整，從而最大限度地減小了功率合成中由于各合成單元支路的相位差導致的合成效率的降低。

4.通過制作多種規(guī)格的獨立設(shè)計的功率分配器、功率放大器、功率合成器，各模塊獨立調(diào)試，根據(jù)不同的工作頻率和輸出功率要求，靈活調(diào)整不同規(guī)格的模塊組合和功率分配、功率放大與功率合成的路數(shù)，提高了儀器整機的適應性，提高了生產(chǎn)、調(diào)試、裝配、維護的效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的新型分離設(shè)計的寬帶固態(tài)功率放大器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的新型分離設(shè)計的寬帶固態(tài)功率放大器中散熱器結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步說明。

一種新型分離設(shè)計的寬帶固態(tài)功率放大器,如圖1所示，包括依次連接的射頻輸入端口6、功率分配器1、功率放大器2、功率合成器3、輸出端耦合器5、射頻輸出端口7。還包括散熱器4、抽風機45和吹風機44，其中，功率分配器1、功率放大器2、功率合成器3采用獨立模塊化設(shè)計。

通過采用模塊化設(shè)計，將有源功率放大模塊與無源功率分配模塊、功率合成模塊獨立分開，散熱器、功率放大器結(jié)構(gòu)設(shè)計自由度不再受限于原一體化設(shè)計的結(jié)構(gòu)尺寸，功率放大器2和散熱器4的外形結(jié)構(gòu)可以自由選擇，是提高散熱效率、降低功率放大器溫升的前提。

所述功率分配器1中有多個等幅同相功分支路，功率放大器2中有多個獨立的放大支路，各功分支路通過高相位一致性的等長同軸電纜與功率放大器2連接，各放大支路通過高相位一致性的等長同軸電纜與功率合成器3連接。

通過制作多種規(guī)格的獨立設(shè)計的功率分配器、功率放大器、功率合成器，各模塊獨立調(diào)試，根據(jù)不同的工作頻率和輸出功率要求，靈活調(diào)整不同規(guī)格的模塊組合和功率分配、功率放大與功率合成的路數(shù)，提高了儀器整機的適應性，提高了生產(chǎn)、調(diào)試、裝配、維護的效率。

功率放大器2設(shè)置于于散熱器4的上側(cè)表面和下側(cè)表面，功率分配器1設(shè)置于散熱器4的前側(cè)，功率合成器3設(shè)置于散熱器4的后側(cè)，抽風機45設(shè)置于散熱器4的前側(cè)，吹風機44設(shè)置于散熱器4的后側(cè)。

在吹風機44和抽風機45的作用下形成通風風道：外部空氣由吹風機44作用下從散熱器4的后側(cè)進入散熱器4內(nèi)部，后經(jīng)抽風機45作用下從散熱器4的前側(cè)排出。

功率放大器2產(chǎn)生的熱量經(jīng)散熱器4的上側(cè)表面和下側(cè)表面?zhèn)鲗У缴崞?內(nèi)部，然后隨通風風道內(nèi)的空氣流動擴散出去。通過將功率放大器2平放散熱器4上、下兩側(cè)表面，增大了熱源的散熱面積，獲得更好的散熱效果。

為了獲得更好的散熱效果，所述散熱器4包括散熱基板41、散熱翅片42和熱管43，散熱基板41共兩件，分別位于散熱器4的上部和下部，散熱翅片42設(shè)置于兩件散熱基板41中間并與兩件散熱基板41連接，散熱翅片42的方向平行于通風風道。熱管43，優(yōu)選的，呈U型，設(shè)置有多根。U型熱管43的一段鑲嵌于散熱器4的上部的散熱基板41的下表面，另一段穿插鑲嵌于散熱翅片42中間。散熱基板41和熱管43之間有導熱性良好。散熱器4的上部的散熱基板41的熱量就由熱管43的一段傳導到處于散熱器4中間的另一段上。如圖2所示，所述熱管43在上部散熱基板41上設(shè)置有多根，沿散熱基板41長度方向上兩根U型熱管43相對設(shè)置，沿散熱基板41的寬度方向上，U型熱管43并排設(shè)置多根。散熱器4的下部散熱基板41上的熱管43采用同樣的設(shè)置方式。如圖2所示，結(jié)合高密度散熱翅片42及大面積散熱基板41，提高了散熱器4的熱傳導效率。通過采用熱管43立體分布的新型散熱結(jié)構(gòu)，提高了整個散熱結(jié)構(gòu)的導熱率，從而提高散熱效率，進一步降低熱場分布梯度，提高熱量分布的均勻性，從而提高整機及放大器芯片的工作可靠性。將功率放大器2置于熱管散熱器4表面以及采用前吹風后抽風相結(jié)合的通風風道等多種途徑，大大提高了功率放大器的散熱效率。

優(yōu)選的，所述功率放大器2共四件，其中兩件設(shè)置于散熱器4的上側(cè)，另外兩件設(shè)置于散熱器4的下側(cè)。功率放大器2與散熱器4之間涂抹低熱阻的導熱硅脂，提高導熱系數(shù)。

優(yōu)選的，所述抽風機45和吹風機44各有兩臺，分別并排安裝于所述散熱器4的前側(cè)和后側(cè)。整個結(jié)構(gòu)形成通風風道：空氣完全由散熱器4的后側(cè)入，從前側(cè)出，大大提升了換熱系數(shù)。

對于理想的多路合成器，其合成功率為式(1)，其中P_n為各端口的輸入功率，θ_n為第n路信號與第一路信號的相位差。

為提高合成效率，保證各路的輸入信號的相位一致性尤為重要，在上述方案基礎(chǔ)上，各放大支路中設(shè)置有幅相調(diào)節(jié)器。功率放大器2中，各功率放大單元支路的射頻輸入輸出接口分別各自獨立地通過高相位一致性的等長同軸電纜與功率分配器1和功率合成器3連接，幅相調(diào)節(jié)器設(shè)置在每一個功率放大單元支路中射頻通路的前端，可以實現(xiàn)對每一路信號的相位進行分別測試和調(diào)整，從而最大限度地減小了功率合成中由于各合成單元支路的相位差導致的合成效率的降低。

可理解的是，盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。