一种微波功率放大装置

技术领域

本申请涉及微波技术领域，更具体地，本申请涉及一种微波功率放大装置。

背景技术

功率放大装置作为相控阵雷达的关键技术，随着现代相控阵雷达的不断发展，对功率放大装置中模块的输出功率要求进一步提高，要求实现大功率连续波的信号输出。传统的功率放大装置能够实现大功率输出的，大多是脉冲工作的，平均输出功率也较小，且可靠性不高，在持续工作较长的时间后会出现其内部的放大模块部分元器件温度较高的问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种微波功率放大装置用以解决传统功率放大装置连续波输出功率较小，可靠性差，大部分脉冲工作的功率放大模块平均功率输出较小，以及功率放大装置放大功率较大时，散热效果差的问题。

为了达到上述目的中一个，本申请采用下述技术方案：

本申请提供一种微波功率放大装置，所述功率放大装置包括

壳体；

位于所述壳体内部的公共输入模块、主功率放大模块、辅功率放大模块、公共输出模块和电控模块；

所述公共输入模块的输入端作为所述微波功率放大装置的输入端，用于接收发射输入信号；所述公共输入模块的输出端分别与主功率放大模块和辅功率放大模块的输入端连接，所述电控模块用于控制主功率放大模块或辅功率放大模块对发射输入信号进行功率放大，得到发射输出信号；所述主功率放大模块和辅功率放大模块的输出端分别和所述公共输出模块的输入端连接，所述公共输出模块的输出端作为所述微波功率放大装置的输出端，用于输出发射输出信号；

所述功率放大装置还包括

分别结合固定在主功率放大模块和辅功率放大模块底部的的第一散热板和第二散热板，所述第一散热板和第二散热板安装在所述壳体内壁上；

所述第一散热板包括有连接在主功率放大模块底面上的第一导热面，所述第一导热面的面积大于主功率放大模块底面的面积，所述第二散热板包括有连接在辅功率放大模块底面上的第二导热面，所述第二导热面的面积大于辅功率放大模块底面的面积。

可选地，所述主功率放大模块包括

若干个第一隔离器；

通过信号传输端口连接在相邻两第一隔离器之间的若干个第一放大器；以及

位于两端的第一隔离器分别包括有第一输入端口和第一输出端口。

可选地，所述辅功率放大模块包括

若干个第二隔离器；

通过信号传输端口连接在相邻两第二隔离器之间的若干个第二放大器；以及

位于两端的第二隔离器分别包括有第二输入端口和第二输出端口。

可选地，所述公共输出模块包括

通道切换开关、第三隔离器、耦合器和第一检波电路；

所述通道切换开关的输入端分别与主功率放大模块的第一输出端口和辅功率放大模块的第二输出端口连接；

所述通道切换开关的输出端与所述第三隔离器的输入端相连；

所述第三隔离器的输出端和耦合器的输入端连接，所述耦合器的一输出端和第一检波电路的输入端连接，所述耦合器通过另一输出端用以输出放大信号。

可选地，所述公共输入模块包括

第一功分器、第二检波电路、第三放大器和第二功分器；

所述第一功分器的输出端分别与第二检波电路和所述第三放大器的输入端连接，所述第三放大器的输出端和第二功分器的输入端连接；

所述第二功分器的输出端分别与主功率放大模块的第一输入端口和辅功率放大模块的第二输入端口连接。

可选地，所述第一散热板和第二散热板分别为多层板，所述第一散热板和第二散热板分别还包括

分别结合固定在主功率放大模块和辅功率放大模块底面上的第一导热层；

分别结合固定在第一导热层底面上的第二导热层，第二导热层分别包括连接在第一导热层底面上的第三导热面，所述第三导热面的面积分别大于第第一导热面和第二导热面的面积。

可选地，所述第一导热层的材质为铜钼铜铜，第二导热层的材质为铜。

可选地，所述功率放大装置还包括结合固定于公共输出模块底面上的第三散热板，所述第三散热板包括连接于通道切换开关底面上的第三导热层；所述第三导热层结合固定在第四导热层上，所述第四导热层上还结合固定有所述第三隔离器。

可选地，所述第三导热层的材质为金刚石铜，第四导热层的材质为铜。

可选地，所述电控模块用于根据第一检波电路和/或第二检波电路的反馈，控制公共输出模块的通道切换开关，使信号的传输路径从主功率放大模块切换到辅功率放大模块后经所述公共输出模块输出。

本申请的有益效果如下：

与现有技术相比较，

本申请设置有主功率放大模块和辅功率放大模块，且电控模块通过第一检波电路和第二检波电路传递的检测信号可判断主功率放大模块是否出现故障，若主功率放大模块发生故障可切换微波信号的传输路径，将微波信号传输至辅功率放大模块进行放大并输出，即使有一功率放大模块损坏也可保证功率放大装置的正常运行，增加了功率放大装置的可靠性，本申请的功率放大装置可输出大功率的连续波，且功率放大装置的各模块底部至壳体之间(有限的空间内)设置有散热板，通过散热板可保证功率放大装置在持续工作时，仍具有良好的散热效果。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明。

图1示出本申请的一个实施例中功率放大装置的模块结构示意图。

图2示出本申请的一个实施例中输入模块的结构示意图。

图3示出本申请的一个实施例中主功率放大模块结构的示意图。

图4示出本申请的一个实施例中辅功率放大模块的结构示意图。

图5示出本申请的一个实施例中输出模块的结构示意图。

图6示出本申请的一个实施例中功率放大装置的散热板的结构布置图。

具体实施方式

在下述的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或者多个实施方式的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施方式。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

还需要说明的是，在本申请的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为解决现有技术中存在的问题，本申请的一个实施例提供一种应用于X波段的连续波的微波功率放大装置，该功率放大装置具有良好的散热功能，如图1-6所示，功率放大装置包括：壳体以及位于壳体内部的公共输入模块1、主功率放大模块3、辅功率放大模块4、公共输出模块2和电控模块5；

公共输出模块2的输出端分别与主功率放大模块3和辅功率放大模块4的输入端连接；主功率放大模块3和辅功率放大模块4的输出端分别和公共输出模块2的输入端连接；

主功率放大模块3包括若干个第一隔离器和通过信号传输端口连接在相邻两第一隔离器之间的若干个第一放大器，位于两端的第一隔离器分别包括有第一输入端口和第一输出端口。

具体的，第一放大器分别为放大器B11放大器C13放大器D15；第一隔离器分别为：隔离器A10、隔离器B12、隔离器C14、隔离器D16；

隔离器A10包括第一输入端口，隔离器A10通过第一输入端口与公共输入模块1中的功分器B8的分端口的一端相连，隔离器A10的输出端与放大器B11的输入端相连，放大器B11的输出端与隔离器B12的输入端相连，隔离器B12的输出端与放大器C13的输入端相连，放大器C13的输出端与隔离器C14的输入端相连，隔离器C14的输出端与放大器D15的输入端相连，放大器D15的输出端与隔离器D16的输入端相连，形成主功率放大通道。隔离器D16包括有第一输出端口。

辅功率放大模块4包括若干个第二隔离器；

通过信号传输端口连接在相邻两第二隔离器之间的若干个第二放大器；位于两端的第二隔离器分别包括有第二输入端口和第二输出端口。

具体的，第二隔离器为隔离器E17、隔离器F19、隔离器G21、隔离器H23，第二放大器分别为放大器E18、放大器F20、放大器G22，隔离器E17包括第二输入端口，隔离器E17通过第二输入端口与所述公共输入模块1中的功分器B8的分端口的另一端相连，隔离器E17的输出端与放大器E18的输入端相连，放大器E18的输出端与隔离器F19的输入端相连，隔离器F19的输出端与放大器F20的输入端相连，放大器F20的输出端与隔离器G21的输入端相连，隔离器G21的输出端与放大器G22的输入端相连，放大器G22的输出端与隔离器H23的输入端相连，形成辅功率放大通道，隔离器H23包括第二输出端口。

所述公共输入模块1包括：第一功分器、第二检波电路，第三放大器、第二功分器；

所述第一功分器的输出端分别与第二检波电路和所述第三放大器的输入端连接，所述第三放大器的输出端和第二功分器的输入端连接；

所述第二功分器的输出端分别与主功率放大模块3的第一输入端口和辅功率放大模块4的第二输入端口连接，公共输入模块1的输入端作为所述微波功率放大装置的输入端，用于接收发射输入信号。

具体的，第一功分器为功分器A6、第三放大器为放大器A7、第二功分器为功分器B8和第二检波电路为检波电路A9。

功分器A6的合端口为X波段发射信号的输入端口，功分器A6的分端口的一端与放大器A7输入端相连，另一端与检波电路A9的输入端相连，放大器A7的输出端与功分器B8输入端相连，X波段信号经过功分器A6处理后将X波段信号一部分传递至检波电路A9，另一部分传递至放大器A7进行放大，完成放大后将信号传递至功分器B8，功分器B8再通过主功率放大模块3的第一输入端口和辅功率放大模块4的第二输入端口将X波信号分两路分别传递至主功率放大模块3和辅功率放大模块4。

所述公共输出模块2包括，通道切换开关，第三隔离器，耦合器，第一检波电路；

所述通道切换开关的输入端分别与主功率放大模块3的第一输出端口和辅功率放大模块4的第二输出端口连接；

所述通道切换开关的输出端与所述第三隔离器的输入端相连；

所述第三隔离器的输出端和耦合器的输入端连接，所述耦合器的一输出端和第一检波电路的输入端连接，所述耦合器通过另一输出端用以输出放大信号，公共输出模块2的输出端作为所述微波功率放大装置的输出端用于输出发射输出信号。

具体的，所述通道切换开关为开关24、第三隔离器为隔离器I25、耦合器为耦合器26和第一检波电路为检波电路B27，开关24的分端口的一端与主功率放大模块3中的隔离器D16的第一输出端口相连。另一端与辅功率放大模块4中的隔离器H23的第二输出端口相连，开关24的合端口与第三隔离器I25的输入端相连，隔离器I25的输出端与耦合器26的输入端相连，耦合器26的耦合端与检波电路B27的输入端相连，耦合器26的直通输出端口为X波段发射信号的输出端口。

电控模块5包括电源和控制板，电源用于公共输入模块1、主功率放大模块3或辅功率放大模块4和公共输出模块2的供电，电控模块5用于控制公共输入模块1和公共输出模块2并根据第一检波电路和/或第二检波电路的反馈的信号控制主功率放大模块3或辅功率放大模块4对微波信号功率进行放大。

大功率连续波的功率放大装置适用于X波段的微波信号且只有发射状态。发射状态下，X波段发射信号在经功分器A6后输入至放大器A7，放大器A7将信号放大后传递至功分器B8，然后通过功分器B8将功率一分二后，可进入主功率放大通道或辅功率放大通道，再经过三级隔离器和三级放大器，对X波段信号进行逐级功率放大，进入末级放大器(放大器D15或放大器G22)后饱和输出，放大器D15或放大器G22保证了输出功率的频带内的稳定性，每一级放大器之间的隔离器保证了链路的稳定性。然后经过放大后的微波信号由隔离器D16输出到公共输出模块2的开关24分端口，经过主功率放大通道或辅功率放大通道进行功率放大后的信号通过开关24进入公共输出模块2，最终由耦合器26将信号输出。

主功率放大模块3和辅功率放大模块4为分时工作，功率放大装置通过电控模块5控制每个通道放大链路上放大器的工作状态。本装置输入的信号默认进入主功率放大模块3由主功率放大模块3的放大链路对信号进行放大后输出。

进入公共输入模块1的微波信号经检波电路A9进行功率检测后，如果功率异常，则由检波电路A9回送故障信号至电控模块5，此时，功率放大装置最终输出的微波信号功率异常。检波电路A9回送故障信号说明输入的信号功率自身存在问题。若检波电路A9进行检测后功率正常，则信号经主功率放大模块3进行功率放大后，经过检波电路B27再次进行功率检测，如果功率正常，则由端口正常输出信号，且检波电路B27回送正常信号至电控模块5；如果功率异常，则由检波电路B27回送故障信号至电控模块5，电控模块5接收到检波电路A9输入的功率正常信号和检波电路B27输入的功率异常信号后，可判定主功率放大通道发生故障，此时，电控模块5控制公共输出模块2中的开关24进行通道切换，将开关24切换到辅功率放大模块4，并且对辅功率放大模块4的各放大器供电，使信号经过辅功率放大模块4功率放大后经公共输出模块2输出。

通过采用上述技术方案，放大功率模块实现了X波段信号功率放大功能的同时，通过对输入/输出信号功率的监测，实现了主/辅功率放大通道的切换功能，使本功率放大装置在主功率放大模块3发生故障时，仍能将信号按原放大功率进行输出提高了该装置的可靠性。

为了保证功率放大装置良好的散热功能，如图6所示，功率放大装置还包括，分别结合固定在主功率放大模块3和辅功率放大模块4底部的的第一散热板和第二散热板。

所述第一散热板包括有连接在主功率放大模块3底面上的第一导热面，所述第一导热面的面积大于主功率放大模块3底面的面积，所述第二散热板包括有连接在辅功率放大模块4底面上的第二导热面，所述第二导热面的面积大于辅功率放大模块4底面的面积；

在一具体的实施例中，第一导热面至少容置主功率放大模块3的底面以及围绕在主功率放大模块3底部周边的散热角，同样的第二导热面周边至少容置主功率放大模块3的底面以及围绕在主功率放大模块3底部周边的散热角。

第一散热板和第二散热板分别为多层板，第一散热板和第二散热板分别还包括：分别结合固定在主功率放大模块3和辅功率放大模块4底面上的两个第一导热层28以及分别结合固定于两个第一导热层28底面上的两个第二导热层29，两个第一导热层28分别和主功率放大模块3和辅功率放大模块4底面连接的面为第一导热面和第二导热面。

两个第二导热层29分别包括连接在两个第一导热层28底面上的两个第三导热面，两个第三导热面的面积分别大于第一导热面和第二导热面的面积。具体的，第三导热面至少容置第一导热面以及围绕在第一散热板周边的散热角或第三导热面至少容置第二导热面以及围绕在第二散热板周边的散热角。

进一步的，第一散热板和第二散热板通过第二导热层29安装在铝质壳体的内壁上，需要说明的是，因第一散热板和第二散热板均位于铝制壳体的内壁上，且铝制壳体的内壁面即为导热面，所以第三导热面的面积小于铝制壳体的导热面的面积，本功率放大装置的散热效果与散热板的传导热阻相关，传导热阻越小散热效率越高，传导热阻可通过公式R＝δ/λA计算得到，其中，δ为每一部分材料的厚度，λ为热导率，A为有效散热面积，其中有效散热面积与热扩散角有关，热扩散角的计算公式为α＝arctan(K

功率放大装置还包括结合固定于公共输出模块2底面上的第三散热板，第三散热板包括连接于通道切换开关底面上的第三导热层30；第三导热层30结合固定在第四导热层31上，第四导热层31上还结合固定有隔离器I25，第四导热层31安装在铝制壳体的内壁上，具体的，第三导热层30的导热面大于通道切换开关底面的面积，第四导热层31的导热面大于第三导热层30的导热面以及隔离器I25底面面积，第三散热板结构尺寸的具体的限定关系与上述第一散热板、第二散热板相同。

本功率放大装置的模块末级放大器饱和输出功率为平均50W，各放大器和隔离器、开关24等各个器件都具有较大的热耗，总热耗大约为平均150W，为了实现良好散热，其中第一导热层28为厚度为2mm的铜钼铜铜，面积为22mm×26mm，第三导热层30为厚度为1.5mm的金刚石铜，面积为9.7mm×6mm，第四导热层31和第二导热层29为厚度为8.5mm的铜。末级放大器经过第一导热层28和和第二导热层29将热量传导至模块底部，开关24经过第三导热层30和第四导热层31将热量传导至模块底部，隔离器I25直接焊接在第四导热层31上，通过第四导热层31将热量传导至模块底部。传导至各模块底部的热量通过铝制壳体传出，通过散热板，实现了模块平均150W热耗的良好散热，保证了模块25W稳定功率输出。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。