本實(shí)用新型涉及固態(tài)放大器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種9~10GHz大功率固態(tài)放大器組件。

背景技術(shù)：

目前，對(duì)固態(tài)放大器發(fā)射機(jī)而言，為獲得數(shù)千瓦甚至幾十千瓦的功率輸出，通常我們采用功率合成的方法，具體方法有兩種：一是采用基于電路或波導(dǎo)的功率合成技術(shù)，第二種方法是采用有源陣列天線(xiàn)的方法，就是基于自由空間功率合成技術(shù)，通過(guò)采用空間功率合成，獲得大功率輸出。第二種相對(duì)于第一種技術(shù)由于沒(méi)有了合成網(wǎng)絡(luò)的損耗，合成效率較高，是產(chǎn)生大功率電磁波輻射的有效途徑，正在被廣泛的應(yīng)用。固態(tài)功率放大器組件作為有源陣列天線(xiàn)的重要組成部分，也越來(lái)越被重視。長(zhǎng)期以來(lái)，X波段固態(tài)放大器由于國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體工藝技術(shù)相對(duì)落后和國(guó)外技術(shù)封鎖，其發(fā)展相對(duì)比較滯后。對(duì)于要求輸出功率幾十瓦至百瓦、信號(hào)脈寬幾百微妙至幾毫秒的系統(tǒng)，更是難以實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種9~10GHz大功率固態(tài)放大器，工作脈寬為0.1us～250us、單口輸出脈沖功率大于100瓦、最大工作比12%，良好的線(xiàn)性度，體積小、重量輕。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種9~10GHz大功率固態(tài)放大器組件，其特征是，包括前級(jí)放大器、功率分配器、六個(gè)末級(jí)放大器和電源模塊；

所述前級(jí)放大器的輸入端用于連接輸入的射頻信號(hào)，前級(jí)放大器的輸出端連接功率分配器，所述功率分配器設(shè)置有六路輸出端，分別與六個(gè)末級(jí)放大器連接，每個(gè)末級(jí)放大器設(shè)置有六路輸出端用于輸出射頻信號(hào)，所述電源模塊用于提供工作電壓分別輸出至前級(jí)放大器、功率分配器和末級(jí)放大器；

所述末級(jí)放大器包括放大器單元、分別與放大器單元連接的儲(chǔ)能電容組和末級(jí)功放饋電單元，所述放大器單元包括X波段30瓦放大器、若干個(gè)X波段100瓦放大器、配相二路功分器和配相三路功分器，X波段30瓦放大器的輸出端連接第一X波段100瓦放大器，第一X波段100瓦放大器的輸出端連接配相二路功分器的輸入端，配相二路功分器的兩路輸出端分別連接第二X波段100瓦放大器，每路第二X波段100瓦放大器的輸出端分別連接配相三路功分器的輸入端，每個(gè)配相三路功分器的三路輸出端分別連接第三X波段100瓦放大器，六路第三X波段100瓦放大器的輸出端連接有隔離器。

進(jìn)一步的，前級(jí)放大器的輸出功率大于100瓦，末級(jí)放大器的每個(gè)輸出端口輸出功率大于100瓦。

進(jìn)一步的，所述電源模塊中包括變換電源單元和時(shí)序控制單元，所述變換電源單元的輸出端連接前級(jí)放大器、功率分配器和末級(jí)放大器，用于提供工作正壓和負(fù)壓，所述時(shí)序控制單元連接變換電源單元，控制變換電源單元提供正壓和負(fù)壓的時(shí)序。

進(jìn)一步的，所述電源模塊還包括負(fù)壓保護(hù)電路，負(fù)壓保護(hù)電路包括三極管Q2、場(chǎng)效應(yīng)管Q1、延時(shí)電阻R1、R2、R2和延時(shí)電容C1，電源模塊的輸出端一路通過(guò)柵極偏置電路連接氮化鎵功率管的柵極VG，另一路通過(guò)穩(wěn)壓二極管D1連接三極管Q2的發(fā)射極，三極管Q2的基極串聯(lián)電阻R1后接地；三極管Q2的集電極串聯(lián)電阻R3后連接場(chǎng)效應(yīng)管Q1的柵極，在場(chǎng)效應(yīng)管Q1的柵極和源極之間并聯(lián)有電阻R2和電容C1，場(chǎng)效應(yīng)管Q1的漏極通過(guò)漏極偏置電路連接氮化鎵功率管的漏極VD。

進(jìn)一步的，所述電源模塊還包括溫度補(bǔ)償電路，所述溫度補(bǔ)償電路包括運(yùn)放器LM158，運(yùn)放器LM158的正電源端連接連接參考電壓Vref，負(fù)電源端連接電源模塊的輸出端，反相輸入端接地，正向輸入端與輸出端之間先并聯(lián)熱敏電阻R3和電阻R2后串聯(lián)可調(diào)電阻Rpot，電阻R2一端串聯(lián)電阻R1后連接至參考電壓Vref，運(yùn)放器LM158的輸出端串聯(lián)電阻Rg之后連接至氮化鎵功率管的柵極VG。

進(jìn)一步的，還包括過(guò)流保護(hù)電路，所述過(guò)流保護(hù)電路包括電流檢測(cè)放大器和電流檢測(cè)電阻構(gòu)成監(jiān)測(cè)電流的電路。

進(jìn)一步的，還包括散熱系統(tǒng)，所述散熱系統(tǒng)包括八個(gè)風(fēng)機(jī)和六個(gè)冷板散熱片。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所達(dá)到的有益效果是：本實(shí)用新型固態(tài)放大器組件工作脈寬為0.1us～250us、單口輸出脈沖功率大于100瓦、最大工作比12%，具有良好的線(xiàn)性度。電路板結(jié)構(gòu)布局采用模塊化設(shè)計(jì)，在減小重量和體積的同時(shí)，有利于成批生產(chǎn)和隨機(jī)備份；能夠適應(yīng)寬溫度范圍（-40～+65℃）、強(qiáng)振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境下正常工作。在整個(gè)電路上設(shè)有負(fù)壓保護(hù)電路、溫度補(bǔ)償電路和過(guò)流保護(hù)電路，提高了可靠性，降低了系統(tǒng)的功耗，提高系統(tǒng)安全性。

附圖說(shuō)明

圖1是大功率固態(tài)放大器組件的原理示意圖；

圖2是大功率固態(tài)放大器組件電路板的正面；

圖3是大功率固態(tài)放大器組件電路板的背面；

圖4是末級(jí)放大器的原理示意圖；

圖5是欠壓保護(hù)電路的原理圖；

圖6是溫度補(bǔ)償電路的原理圖；

圖7是過(guò)流保護(hù)電路的原理圖。

附圖標(biāo)記：1、散熱系統(tǒng)；2、末級(jí)放大器；3、功率分配器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

本實(shí)用新型的一種9~10GHz大功率固態(tài)放大器組件，如圖1所示，包括前級(jí)放大器、功率分配器3、六個(gè)末級(jí)放大器2和電源模塊；前級(jí)放大器的輸入端用于連接輸入的射頻信號(hào)，前級(jí)放大器的輸出端連接功率分配器，功率分配器3設(shè)置有六路輸出端，分別與六個(gè)末級(jí)放大器2連接，每個(gè)末級(jí)放大器6設(shè)置有六路輸出端用于輸出射頻信號(hào)。

射頻信號(hào)從前級(jí)放大器的輸入端輸入，前級(jí)放大器輸出功率大于100瓦，通過(guò)功率分配器3分成六路去驅(qū)動(dòng)六個(gè)末級(jí)放大器2，六個(gè)末級(jí)放大器共36路端口輸出，每路端口輸出峰值功率大于100瓦。

末級(jí)放大器2的原理圖如圖4所示，包括放大器單元、分別與放大器單元連接的儲(chǔ)能電容組和末級(jí)功放饋電單元，所述放大器單元包括X波段30瓦放大器、若干個(gè)X波段100瓦放大器、配相二路功分器和兩個(gè)配相三路功分器，X波段30瓦放大器的輸出端連接第一X波段100瓦放大器，第一X波段100瓦放大器的輸出端連接配相二路功分器的輸入端，配相二路功分器的兩路輸出端分別連接第二X波段100瓦放大器，每路第二X波段100瓦放大器的輸出端分別連接配相三路功分器的輸入端，每個(gè)配相三路功分器的三路輸出端分別連接第三X波段100瓦放大器，六路第三X波段100瓦放大器的輸出端連接有隔離器。

從功率分配器輸出的射頻信號(hào)從X波段30瓦放大器的輸入端輸入，再經(jīng)第一X波段100瓦放大器進(jìn)行功率放大，通過(guò)配相二路功分器分別驅(qū)動(dòng)兩路第二X波段100瓦放大器，每路第二X波段100瓦放大器的輸出端通過(guò)配相三路功分器分別驅(qū)動(dòng)三路第三X波段100瓦放大器，每路第三X波段100瓦放大器的輸出端經(jīng)隔離器后輸出射頻信號(hào)。每個(gè)末級(jí)放大器2有六路輸出端，每路端口輸出峰值功率大于100瓦。

在末級(jí)放大器2的電路板上，儲(chǔ)能電容組緊靠X波段100瓦放大器，縮短饋線(xiàn)長(zhǎng)度，否則漏極電壓波形會(huì)出現(xiàn)較大的頂降，在結(jié)構(gòu)布局時(shí)分上下兩層，即將直流饋電部分放置在電路板的背面，X波段100瓦放大器電路放在電路板正面。

電源模塊用于提供工作電壓分別輸出至前級(jí)放大器、功率分配器和末級(jí)放大器。電源模塊中包括變換電源單元和時(shí)序控制單元，所述變換電源單元的輸出端連接前級(jí)放大器、功率分配器和末級(jí)放大器，用于提供工作正壓和負(fù)壓，所述時(shí)序控制單元連接變換電源單元，控制變換電源單元提供正壓和負(fù)壓的時(shí)序，即為各放大器輸入負(fù)壓后在輸入正電壓的加電順序。

傳統(tǒng)的加電時(shí)序有定時(shí)器件延時(shí)、電路延時(shí)。本實(shí)用新型固態(tài)放大器組件中各放大器元件采用氮化鎵功率管（GaN），氮化鎵功率管的工作特性是，加電時(shí)，負(fù)壓必須先加，漏極電壓后加，本申請(qǐng)中采用負(fù)壓控制漏極電壓打開(kāi)的方法，控制加電時(shí)序。因此電源模塊還包括負(fù)壓保護(hù)電路。所述負(fù)壓保護(hù)電路連接變換電源單元，用于為變換電源單元提供負(fù)壓保護(hù)。負(fù)壓保護(hù)電路保證各放大器加負(fù)電時(shí)序時(shí)，確保在負(fù)柵極壓情況下漏極電壓關(guān)斷且延時(shí)10毫秒。電路圖如圖5所示，電源模塊的輸出端一路通過(guò)柵極偏置電路連接氮化鎵功率管的柵極，另一路通過(guò)穩(wěn)壓二極管D1連接三極管Q2的發(fā)射極，三極管Q2的基極串聯(lián)電阻R1后接地；三極管Q2的集電極串聯(lián)電阻R3后連接場(chǎng)效應(yīng)管Q1的柵極，在場(chǎng)效應(yīng)管Q1的柵極和源極之間并聯(lián)有電阻R2和電容C1，場(chǎng)效應(yīng)管Q1的漏極通過(guò)漏極偏置電路連接氮化鎵功率管的漏極。

其中電容C1作為延時(shí)電容，電阻R1、R2、R3均作為延時(shí)電阻，Q1為P溝道場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)關(guān)，Q2為NPN三極管。工作過(guò)程為，電源模塊提供的-8V電源先通過(guò)柵極偏置電路加到氮化鎵功率管柵極（VG），然后通過(guò)穩(wěn)壓二極管D1（1N4728），NPN三極管Q2 (2N2222a)，延時(shí)電阻R1、R2和R3、延時(shí)電容C1（視情況采用1μF~10uF），將場(chǎng)效應(yīng)管Q1打開(kāi)，正壓（+10V~+50V）加至氮化鎵功率管漏極（VD）。VG和VD延時(shí)約10毫秒。

該電路使用在組件中所有氮化鎵功率器件饋電電路中，如末級(jí)放大器中末級(jí)功放饋電板上。

進(jìn)一步的，為了保證各單元電路中放大器（氮化鎵功率管）在-40℃～+65℃寬溫度條件下穩(wěn)定的工作點(diǎn)，即-40℃～+65℃寬溫度條件下靜態(tài)工作電流穩(wěn)定，電源模塊還包括溫度補(bǔ)償電路，保證本實(shí)用新型放大器組件在低溫條件下能順利啟動(dòng)，高溫情況下控制工作點(diǎn)不能過(guò)高。其電路如圖6所示。包括運(yùn)放器LM158，運(yùn)放器LM158的正電源端連接連接參考電壓Vref，負(fù)電源端連接電源模塊的輸出端，反相輸入端接地，正向輸入端與輸出端之間先并聯(lián)熱敏電阻R3和電阻R2后串聯(lián)可調(diào)電阻Rpot，電阻R2一端串聯(lián)電阻R1后連接至參考電壓Vref，運(yùn)放器LM158的輸出端串聯(lián)電阻Rg之后連接至氮化鎵功率管的柵極（VG）。通過(guò)熱敏電阻對(duì)溫度的敏感時(shí)刻調(diào)整運(yùn)放的比例，以使電源模塊輸出至柵極電壓VG能夠正常啟動(dòng)氮化鎵功率管。

該電路使用在組件中所有氮化鎵功率器件饋電電路中，如末級(jí)放大器中末級(jí)功放饋電板上。

在本實(shí)施例中功率放大器組件總系統(tǒng)峰值功率大于3630瓦，峰值電流近130A。電源如果出現(xiàn)過(guò)流過(guò)壓，在極其短的時(shí)間內(nèi)功放管就會(huì)被燒毀；由于放大器是由柵極負(fù)電壓控制漏極的大電流，就要求負(fù)電壓在正電壓之前加載到放大器上，以控制放大器的工作電流在額定范圍內(nèi)，否則，加載到放大器上的電流不受控制，引起電流過(guò)大。為此，本實(shí)施例中還包括過(guò)流保護(hù)電路，所述過(guò)流保護(hù)電路連接前級(jí)放大器和末級(jí)放大器。過(guò)流保護(hù)電路采集放大器端的電流，當(dāng)電流過(guò)大時(shí)，及時(shí)切斷電源，確保在誤操作或因大電流故障情況下及時(shí)關(guān)斷漏極電壓，保護(hù)放大器不損壞，關(guān)斷相應(yīng)時(shí)間為微秒量級(jí)。過(guò)流保護(hù)電路的過(guò)流點(diǎn)設(shè)置要根據(jù)各放大器的最大耗散功率并結(jié)合散熱條件設(shè)置，并在過(guò)流采樣處設(shè)置延時(shí)電路，防止開(kāi)機(jī)瞬間的沖擊電流導(dǎo)致故障誤報(bào)。

過(guò)流保護(hù)主要作用是當(dāng)組件中的任何一個(gè)放大器模塊出現(xiàn)電流異常時(shí)，即當(dāng)出現(xiàn)短路或者過(guò)工作比造成工作電流過(guò)大，電路及時(shí)關(guān)斷模塊供電，其基本原理如圖7所示。電流檢測(cè)放大器和電流檢測(cè)電阻構(gòu)成適時(shí)監(jiān)測(cè)電流的電路，當(dāng)電路中電流超過(guò)危險(xiǎn)范圍時(shí)，通過(guò)比較放大電路，將場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)關(guān)關(guān)斷，切斷電路供電電壓。

進(jìn)一步的，還包括散熱系統(tǒng)1，所述散熱系統(tǒng)1包括八個(gè)風(fēng)機(jī)和六個(gè)冷板散熱片，能夠及時(shí)散發(fā)固態(tài)放大器組件中近310瓦的熱量，并保證功率放大器在+65℃高溫條件下穩(wěn)定工作。

在固態(tài)放大器組件的電路板上，其正面圖如圖3所示，其背面圖如圖4所示，在結(jié)構(gòu)布局方面，采用模塊化的設(shè)計(jì)，在減小重量和體積的同時(shí)，有利于成批生產(chǎn)和隨機(jī)備份，末級(jí)放大器2和功率分配器3設(shè)置在電路板的正面，六個(gè)末級(jí)放大器分別設(shè)置在電路板中間，從上到下依次排列，散熱系統(tǒng)1中八個(gè)風(fēng)機(jī)分別設(shè)置電路板的四角，每各角落疊加設(shè)置兩個(gè)風(fēng)機(jī)，六個(gè)冷板散熱片分別設(shè)置在末級(jí)放大器電路板的背面。

本實(shí)用新型采用固態(tài)放大器有源陣列形式能夠適應(yīng)寬溫度范圍（-40～+65℃）、強(qiáng)振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境下正常工作。此固態(tài)放大器組件工作脈寬為0.1us～250us、單口輸出脈沖功率大于100瓦、最大工作比12%，具有良好的線(xiàn)性度。在整個(gè)電路上設(shè)有負(fù)壓保護(hù)電路、溫度補(bǔ)償電路和過(guò)流保護(hù)電路，提高了可靠性，降低了系統(tǒng)的功耗，提高系統(tǒng)安全性。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。