一种宽带C波段固态功放模块

技术领域

本发明涉及一种固态功放模块，尤其涉及一种宽带C波段固态功放模块。

背景技术

固态功率放大器作为发射系统的重要组成部分，被广泛应用于电磁兼容EMC、无线通信、卫星通信、雷达、广播、电视、高能物理研究、先进医疗设备、电子对抗等领域。随着半导体技术以及相关工艺技术的进步，固态功率放大器也向着高功率、高效率、宽带化、小型化发展，具有很好的应用前景。

目前设计的固态功率放大器带宽都比较窄，且没有模块化设计，调试不方便，不利于批量生产；放大器级间匹配效果不理想，不利于提高工作效率和可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种宽带C波段固态功放模块，为了适应干扰模拟器对宽频带、高输出功率的要求。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

本发明提供了一种宽带C波段固态功放模块，包括C波段固态功放组件、散热系统、功放固定装置，所述C波段固态功放组件与所述散热系统相连，所述C波段固态功放组件用于放大射频信号的功率，所述散热系统用于导出C波段固态功放组件功放发出的热量，所述功放固定装置与所述散热系统相连。

进一步地，所述C波段固态功放组件包括功放壳体、功放盖板，所述功放盖板与所述功放壳体之间形成一密闭腔体，所述密闭腔体内容置有C波段射频放大链路、馈电及保护电路、微矩形连接器、射频连接器；

所述馈电及保护电路用于对所述C波段射频放大链路中的功放器件进行供电和保护；

所述微矩形连接器用于对所述馈电及保护电路进行供电，并与外部系统产生交互信息；

所述射频连接器用于输入输出射频信号，外部射频信号灌入后经由C波段射频放大链路放大后输出。

进一步地，所述微矩形连接器连接外部电源以对所述馈电及保护电路进行供电。

进一步地，所述C波段射频放大链路包括依次信号相连的输入隔离器G1、前级GaAs功放P1、末级GaN功放P2及输出隔离器G2。

进一步地，所述前级GaAs功放P1、末级GaN功放P2为可独立测试与拆卸的沉入式模块。

进一步地，所述前级GaAs功放P1、末级GaN功放P的装配工艺包括：

进行静电检查；

清理壳体、印制板且去毛刺；

将印制板、带相应载体的芯片试装；

将印制板用焊锡膏焊接到壳体中；

将射频绝缘子、馈电绝缘子用焊锡膏焊接到壳体上；

将带相应载体的功放芯片用焊锡膏进行摩擦焊接；

将功放芯片上的元器件用导电胶焊接，并加温固化；

全部元件装配后，完成金丝键合。

进一步地，将印制板用240℃焊锡膏焊接到壳体中。

进一步地，将射频绝缘子、馈电绝缘子用217℃焊锡膏焊接到壳体上。

进一步地，将带载体的功放芯片用179℃焊锡膏进行摩擦焊接。

进一步地，将功放芯片上的元器件用导电胶焊接，烘箱温度150℃，1小时固化。

本发明的有益效果如下：

在结构布局方面，采用模块化设计，各模块可独立安装与拆卸，具有体积小、便携性、重量轻和集成度高的优点，且方便拆卸维修及可靠性高等优势；

在电路设计方面，采用GaAs功放与GaN功放结合使用的方式，可实现宽频带(3GHz带宽)，高输出功率(20W连续波)，具有良好的线性度与工作效率；并配有功能齐全的馈电及保护电路，避免功率放大器出现工作异常而遭受损坏，适应恶劣工作环境，使用寿命长；

在工艺设计方面，设计为可独立测试与拆卸的沉入式模块，采用成熟可靠的装配工艺，合理设计装配步骤，充分考虑温度梯度，提高装配效率和成功率，便于批量生产。

附图说明

图1为根据本发明实施例提供的宽带C波段固态功放模块的整机示意图；

图2为图1中的C波段固态功放组件的结构布局图；

图3为图2中的C波段射频放大链路的原理图。

具体实施方式

结构上，所述C波段固态功放采用模块化设计，各模块可独立安装与拆卸，具有体积小、便携性、重量轻和集成度高的优点，且方便拆卸维修及可靠性高等优势。该固态功放模块的整机结构示意如图1所示。

图1标识中：

1、C波段固态功放组件，是本申请的核心部分，承担着功放模块的放大功能，可以将微弱的小射频信号放大到一定功率的射频信号进行输出；

2、散热系统，由风机与散热器共同构成，散热系统用于及时导出功放发热，并保证通风良好，

确保设备在-40℃～+50℃条件下持续稳定工作；

3、功放固定装置，实现各部分结构件的组装，方便携带和固定；

C波段固态功放组件1与散热系统2通过螺钉连接，并在接触面均匀涂抹一层导热硅脂，功放固定装置3与散热系统2通过螺钉紧固，构成独立模块，可便捷与系统相连。

将图1中的1(C波段固态功放组件)进一步剖解，C波段固态功放组件1主要包括C波段射频放大链路11、馈电及保护电路12、微矩形连接器13、射频连接器14、功放壳体15、功放盖板16，其结构布局如图2所示；

图2标识中：

11、C波段射频放大链路，实现射频信号功率的逐级放大，使特定频率的信号达到高输出功率；

12、馈电及保护电路，对C波段射频放大链路中的功放器件进行供电和保护功能，并实时获取状态信息；

13、微矩形连接器，与外部电源连接，提供馈电及保护电路的供电，并与外部系统产生交互信息；

14、射频连接器，能输入输出射频信号，外部射频信号灌入后经由射频放大链路放大后输出；

15、功放壳体，将射频放大链路，馈电及保护链路置放于其中，可安装微矩形连接器、射频连接器，构成便携式的模块；

16、功放盖板，与功放壳体形成封闭的腔体，起屏蔽作用，避免外界信号的干扰。

1)射频放大链路设计

C波段射频放大链路11是固态功放组件的核心部分，主要用于实现射频信号功率的逐级放大。C波段射频放大链路工作原理如图3所示，C波段射频放大链路11是将输入的C波段(3GHz带宽)小信号进行放大，达到高输出功率(20W连续波)。C波段射频放大链路11包括输入隔离器G1、前级GaAs功放P1、末级GaN功放P2及输出隔离器G2，这样的链路①保证电路的线性度；②在满足输出功率的同时兼顾效率；③隔离器G1用于改善输入驻波，隔离器G2在功放输出端失配时，对整个功放模块起保护作用。

C波段射频放大链路11各级增益及输出功率分配如下表所示。该链路可实现C波段宽频带(3GHz带宽)连续波信号的放大，链路增益大于36dB，在输入信号大于7dBm时，可保证输出功率大于43dBm(20W)。

2)馈电及保护电路设计

馈电及保护电路12如图2所示，所述馈电及保护电路的作用：①为C波段射频放大链路中功放P1、P2提供工作电压，保障其稳定工作；②为功放P1、P2提供保护功能及状态回读，避免功率放大器出现工作异常而遭受损坏。

实现上述保护作用的主要电路有：

a)开机控制电路；

b)加电状态正常指示电路；

c)过压保护电路；

d)过流保护以及指示电路；

e)功率检测电路；

F)负压保护电路。

3)工艺设计

所述C波段射频放大链路11中的功放P1和P2设计为可独立测试与拆卸的沉入式模块，采用激光封焊，保障其良好的电磁屏蔽、兼容特性，独立式模块的设计提高了固态功放组件的可靠性、可维修性以及环境适应性。

所述功放P1与P2为射频放大链路的关键部分，P1与P2的装配工艺是产品性能指标的决定性环节。本申请采用成熟可靠的装配工艺，合理设计装配步骤，充分考虑温度梯度，具体如下：

a)进行静电检查，并佩戴静电护腕；

b)用酒精清理壳体、印制板且去毛刺，确保无杂屑；

c)将印制板、芯片(带载体)试装；

d)将印制板用240℃焊锡膏焊接到壳体中；

e)射频绝缘子、馈电绝缘子217℃焊锡膏焊接到壳体上；

f)将功放芯片(带载体)采用179℃焊锡膏进行摩擦焊接；

g)将功放芯片上电阻、电容等元器件，用导电胶焊接，烘箱温度150℃，1小时固化；

h)完成全部元件装配后，最后完成金丝键合；

i)严格仔细检查有无碎屑，清理并保存好。

以上对本发明的较佳实施进行了具体说明，当然，本发明还可以采用与上述实施方式不同的形式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下所作的等同的变换或相应的改动，都应该属于本发明的保护范围内。