一種寬帶高功率功放模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種寬帶高功率功放模塊，屬于微波技術(shù)領(lǐng)域。主要用于星載X頻段 固態(tài)功率放大器前級驅(qū)動放大和增益控制。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國衛(wèi)星有效載荷水平不斷提高，有效載荷朝著小型化方向發(fā)展，作為星上 載荷典型部件的固態(tài)放大器具有用量不斷增大，需求不斷提高，典型的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)帶寬 從小于300MHz拓寬到接近1細Z，而且未來還有逐步提高的趨勢。
[0003] 高功率固態(tài)放大器由多級放大電路級聯(lián)而成，在傳統(tǒng)的設(shè)計方法中，前級放大電 路一般由分立放大器件搭配偏置電路、阻抗匹配、調(diào)諧電路來實現(xiàn)；該方法由于器件阻抗特 性很難做到寬帶放大，對于不同工作頻帶要單獨調(diào)諧，通用性不強，而且集成度低，占用體 積、重量指標也較多。亟需采用新的設(shè)及技術(shù)，瞄準輕型化、小型化、集成化的設(shè)計目標進行 改進。。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是；克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種寬帶高功率功放模塊。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] 一種寬帶高功率功放模塊，包括：第一衰減器ATT1、第二衰減器ATT2、第S衰減器 ATT3、第四衰減器ATT4、第五衰減器ATT5、第一可調(diào)衰減器A1、第二可調(diào)衰減器A2、第一放 大器AMP1、第二放大器AMP2和檢波器DET;
[0007] 外部射頻信號進入第一衰減器ATT1中進行2地衰減，衰減后的信號送入第一可調(diào) 衰減器A1進行增益調(diào)節(jié)，使得增益減小，之后再經(jīng)過第二衰減器ATT2進一步衰減W增加第 一放大器AMP1的穩(wěn)定性；第二衰減器ATT2的輸出信號通過第一放大器AMP1進行放大，放 大后的信號依次通過第S衰減器ATT3、第二可調(diào)衰減器A2和第四衰減器ATT4進行2地衰 減、增益調(diào)節(jié)和再次衰減后進入第二放大器AMP2進行進一步放大，再經(jīng)過第五衰減器ATT5 進行2地衰減后，最終經(jīng)過檢波器DET進行功率檢波后輸出。
[0008] 所述第一放大器AMP1為低噪聲放大器，頻率范圍6~lOGHz，增益20地， P-1:+8地m，噪聲系數(shù)1. 3地，駐波1. 3。
[0009] 所述第二放大器AMP2 ;頻率范圍5~12細Z，增益22地，P-l:+20地m。
[0010] 所述寬帶高功率功放模塊選取內(nèi)腔尺寸為11. 4mmX4. 3mm的微波管殼進行封裝。
[001U 所述第一可調(diào)衰減器A1和第二可調(diào)衰減器A2 ;頻率范圍DC~10細Z，增益調(diào)節(jié)范 圍；-2~-18地
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：
[0013] 1).避免分立器件的使用，能大幅減小微波電路的體積和重量；
[0014] 2).由于選用巧片均為寬帶器件（工作頻率覆蓋7GHz~9GHz)，本發(fā)明實現(xiàn)了寬 達2GHz的帶寬設(shè)計，基本覆蓋星用X頻段工作頻率范圍，對現(xiàn)有星載數(shù)傳系統(tǒng)甚至是下一 代高速數(shù)傳模式應(yīng)用都具有前瞻性意義；
[0015] 3).傳統(tǒng)的增益調(diào)節(jié)電路由分立器件結(jié)合匹配電路來實現(xiàn)，常用的平衡式衰減器 在X頻段調(diào)節(jié)范圍約8地，本發(fā)明實現(xiàn)了高度可調(diào)節(jié)增益范圍（20地）。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明模塊原理框圖；
[0017] 圖2是選用的管殼結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖3是模塊增益曲線仿真結(jié)果。
[0019] 圖4是模塊實測曲線（增益、駐波）。
【具體實施方式】
[0020] 本發(fā)明重點針對=個方面進行創(chuàng)新：
[0021] 1.在不影響原有電路功能的情況下，將電路形式從分立器件電路改為集成設(shè)計， 減小了體積、重量W及調(diào)試工作量；
[0022] 2.針對日益增加的星上數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)帶寬需求，在前級模塊集成過程中實現(xiàn)寬達 2GHz的帶寬范圍（工作頻率范圍7GHz~9GHz);
[002引 3.提高了增益調(diào)節(jié)動態(tài)范圍（高達20地）。
[0024] 本發(fā)明選用兩級放大巧片實現(xiàn)增益放大和功率輸出，采用兩級電調(diào)衰減巧片增加 調(diào)節(jié)動態(tài)范圍，采用檢波巧片實現(xiàn)檢波電壓輸出；巧片全部為寬帶器件，可W覆蓋7GHz~ 9GHz頻率范圍；巧片之間增加固定衰減器巧片改善級間匹配性能。功放模塊原理圖如圖1 所示，包括：第一衰減器ATT1、第二衰減器ATT2、第S衰減器ATT3、第四衰減器ATT4、第五衰 減器ATT5、第一可調(diào)衰減器A1、第二可調(diào)衰減器A2、第一放大器AMP1、第二放大器AMP2和 檢波器DET;
[0025] 外部射頻信號進入第一衰減器ATT1中進行2地衰減，衰減后的信號送入第一可調(diào) 衰減器A1進行增益調(diào)節(jié)，使得增益減小，之后再經(jīng)過第二衰減器ATT2進一步衰減W增加第 一放大器AMP1的穩(wěn)定性；第二衰減器ATT2的輸出信號通過第一放大器AMP1進行放大，放 大后的信號依次通過第S衰減器ATT3、第二可調(diào)衰減器A2和第四衰減器ATT4進行2地衰 減、增益調(diào)節(jié)和再次衰減后進入第二放大器AMP2進行進一步放大，再經(jīng)過第五衰減器ATT5 進行2地衰減后，最終經(jīng)過檢波器DET進行功率檢波后輸出。
[0026] 第一放大器AMP1為低噪聲放大器，頻率范圍6~lOGHz，增益20地，P-l:+8地m，噪 聲系數(shù)1. 3地，駐波1. 3。第二放大器AMP2 ;頻率范圍5~12細Z，增益22地，P-l:+20地m。第 一可調(diào)衰減器A1和第二可調(diào)衰減器A2 ;頻率范圍DC~10細Z，增益調(diào)節(jié)范圍；-2~-18地。
[0027] 為避開腔體諧振帶來的放大器自激效應(yīng)，須選用內(nèi)腔尺寸較小的管殼。由于模塊 內(nèi)集成的器件較多，低頻引針較多，選用微帶型管殼滿足應(yīng)用要求。方案中選用的微帶型管 殼如圖2所示。本發(fā)明寬帶高功率功放模塊選取內(nèi)腔尺寸為11. 4mmX4. 3mm的微波管殼進 行封裝。另外，為獲得更好的寬帶特性，選用金絲作為模塊內(nèi)部鍵合材料。
[002引本發(fā)明選用兩級放大巧片實現(xiàn)增益放大和功率輸出；前級放大器選用低噪聲放大 巧片，后級放大器選用P-1達20地m的功率巧片；采用兩級電調(diào)衰減巧片增加調(diào)節(jié)動態(tài)范 圍，采用檢波巧片實現(xiàn)檢波電壓輸出；巧片之間增加固定衰減器巧片改善級間匹配性能。
[0029] 考慮到實際應(yīng)用環(huán)境，為提高整機裝配簡潔度W及便利性，對巧片布局W及供電 管腳選擇進行了綜合考慮。除放大器2 (AMP2)供電管腳選擇模塊上方外，其余輸入輸出直 流接口全部排布在模塊下方。
[0030] 下面為本發(fā)明寬帶高功率功放模塊的主要技術(shù)指標。
[0031] 表1主要技術(shù)指標
[0032]
[003引 圖3為本發(fā)明功放模塊增益仿真曲線，圖中ml和m2分別為7GHz和9細z數(shù)據(jù)，仿 真曲線表明，模塊增益在7GHz~9GHz之間滿足>25地的設(shè)計要求。
[0034] 根據(jù)W上設(shè)計投產(chǎn)模塊并裝配。實際投產(chǎn)3只，測試數(shù)據(jù)如下：
[0035] 寬帶高功率功放模塊實測數(shù)據(jù)（頻率7-9GHZ)
[0036]
[0037] 圖4為其中一只模塊實測數(shù)據(jù)，其中S11為駐波曲線，S21為增益曲線。從實測結(jié) 果可w看出，模塊實測性能與設(shè)計指標相符，且高低溫下性能良好，不同樣品之間一致性較 好，滿足工程化星載應(yīng)用需求。
【主權(quán)項】
1. 一種寬帶高功率功放模塊，其特征在于包括：第一衰減器ATTl、第二衰減器ATT2、第 三衰減器ATT3、第四衰減器ATT4、第五衰減器ATT5、第一可調(diào)衰減器A1、第二可調(diào)衰減器 A2、第一放大器AMP1、第二放大器AMP2和檢波器DET; 外部射頻信號進入第一衰減器ATTl中進行2dB衰減，衰減后的信號送入第一可調(diào)衰減 器Al進行增益調(diào)節(jié)，使得增益減小，之后再經(jīng)過第二衰減器ATT2進一步衰減以增加第一放 大器AMPl的穩(wěn)定性；第二衰減器ATT2的輸出信號通過第一放大器AMPl進行放大，放大后 的信號依次通過第三衰減器ATT3、第二可調(diào)衰減器A2和第四衰減器ATT4進行2dB衰減、增 益調(diào)節(jié)和再次衰減后進入第二放大器AMP2進行進一步放大，再經(jīng)過第五衰減器ATT5進行 2dB衰減后，最終經(jīng)過檢波器DET進行功率檢波后輸出。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶高功率功放模塊，其特征在于：所述第一放大器 AMPl為低噪聲放大器，頻率范圍6~10GHz，增益20dB，P-l:+8dBm，噪聲系數(shù)I. 3dB，駐波 1. 3〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶高功率功放模塊，其特征在于：所述第二放大器 AMP2 :頻率范圍 5 ~12GHz，增益 22dB，P-l:+20dBm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶高功率功放模塊，其特征在于：所述寬帶高功率功 放模塊選取內(nèi)腔尺寸為11. 4_X4. 3mm的微波管殼進行封裝。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶高功率功放模塊，其特征在于：所述第一可調(diào)衰減 器Al和第二可調(diào)衰減器A2 :頻率范圍DC~10GHz，增益調(diào)節(jié)范圍：-2~-18dB。
【專利摘要】一種寬帶高功率功放模塊，屬于微波技術(shù)領(lǐng)域。選用兩級放大芯片實現(xiàn)增益放大和功率輸出，采用兩級電調(diào)衰減芯片增加調(diào)節(jié)動態(tài)范圍，采用檢波芯片實現(xiàn)檢波電壓輸出；芯片全部為寬帶器件，可以覆蓋7GHz-9GHz頻率范圍；芯片之間增加固定衰減器芯片改善級間匹配性能；另外，為避開腔體諧振帶來的放大器自激效應(yīng)，須選用內(nèi)腔尺寸較小的管殼。由于模塊內(nèi)集成的器件較多，低頻引針較多，選用微帶型管殼滿足應(yīng)用要求。
【IPC分類】H03F1/42, H03F3/20
【公開號】CN104917470
【申請?zhí)枴緾N201510350610
【發(fā)明人】彭偉, 張高磊, 汪蕾, 林超, 康瑞媛, 崔浩
【申請人】西安空間無線電技術(shù)研究所
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月23日