一种宽带高功率功放模块的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种宽带高功率功放模块，属于微波技术领域。主要用于星载X频段 固态功率放大器前级驱动放大和增益控制。
【背景技术】
[0002] 随着我国卫星有效载荷水平不断提高，有效载荷朝着小型化方向发展，作为星上 载荷典型部件的固态放大器具有用量不断增大，需求不断提高，典型的数据传输系统带宽 从小于300MHz拓宽到接近1細Z，而且未来还有逐步提高的趋势。
[0003] 高功率固态放大器由多级放大电路级联而成，在传统的设计方法中，前级放大电 路一般由分立放大器件搭配偏置电路、阻抗匹配、调谐电路来实现；该方法由于器件阻抗特 性很难做到宽带放大，对于不同工作频带要单独调谐，通用性不强，而且集成度低，占用体 积、重量指标也较多。亟需采用新的设及技术，瞄准轻型化、小型化、集成化的设计目标进行 改进。。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的技术问题是；克服现有技术的不足，提供一种宽带高功率功放模块。
[0005] 本发明采用的技术方案为：
[0006] 一种宽带高功率功放模块，包括：第一衰减器ATT1、第二衰减器ATT2、第S衰减器 ATT3、第四衰减器ATT4、第五衰减器ATT5、第一可调衰减器A1、第二可调衰减器A2、第一放 大器AMP1、第二放大器AMP2和检波器DET;
[0007] 外部射频信号进入第一衰减器ATT1中进行2地衰减，衰减后的信号送入第一可调 衰减器A1进行增益调节，使得增益减小，之后再经过第二衰减器ATT2进一步衰减W增加第 一放大器AMP1的稳定性；第二衰减器ATT2的输出信号通过第一放大器AMP1进行放大，放 大后的信号依次通过第S衰减器ATT3、第二可调衰减器A2和第四衰减器ATT4进行2地衰 减、增益调节和再次衰减后进入第二放大器AMP2进行进一步放大，再经过第五衰减器ATT5 进行2地衰减后，最终经过检波器DET进行功率检波后输出。
[0008] 所述第一放大器AMP1为低噪声放大器，频率范围6~lOGHz，增益20地， P-1:+8地m，噪声系数1. 3地，驻波1. 3。
[0009] 所述第二放大器AMP2 ;频率范围5~12細Z，增益22地，P-l:+20地m。
[0010] 所述宽带高功率功放模块选取内腔尺寸为11. 4mmX4. 3mm的微波管壳进行封装。
[001U 所述第一可调衰减器A1和第二可调衰减器A2 ;频率范围DC~10細Z，增益调节范 围；-2~-18地
[0012] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0013] 1).避免分立器件的使用，能大幅减小微波电路的体积和重量；
[0014] 2).由于选用巧片均为宽带器件（工作频率覆盖7GHz~9GHz)，本发明实现了宽 达2GHz的带宽设计，基本覆盖星用X频段工作频率范围，对现有星载数传系统甚至是下一 代高速数传模式应用都具有前瞻性意义；
[0015] 3).传统的增益调节电路由分立器件结合匹配电路来实现，常用的平衡式衰减器 在X频段调节范围约8地，本发明实现了高度可调节增益范围（20地）。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明模块原理框图；
[0017] 图2是选用的管壳结构示意图；
[0018] 图3是模块增益曲线仿真结果。
[0019] 图4是模块实测曲线（增益、驻波）。
【具体实施方式】
[0020] 本发明重点针对=个方面进行创新：
[0021] 1.在不影响原有电路功能的情况下，将电路形式从分立器件电路改为集成设计， 减小了体积、重量W及调试工作量；
[0022] 2.针对日益增加的星上数据传输系统带宽需求，在前级模块集成过程中实现宽达 2GHz的带宽范围（工作频率范围7GHz~9GHz);
[002引 3.提高了增益调节动态范围（高达20地）。
[0024] 本发明选用两级放大巧片实现增益放大和功率输出，采用两级电调衰减巧片增加 调节动态范围，采用检波巧片实现检波电压输出；巧片全部为宽带器件，可W覆盖7GHz~ 9GHz频率范围；巧片之间增加固定衰减器巧片改善级间匹配性能。功放模块原理图如图1 所示，包括：第一衰减器ATT1、第二衰减器ATT2、第S衰减器ATT3、第四衰减器ATT4、第五衰 减器ATT5、第一可调衰减器A1、第二可调衰减器A2、第一放大器AMP1、第二放大器AMP2和 检波器DET;
[0025] 外部射频信号进入第一衰减器ATT1中进行2地衰减，衰减后的信号送入第一可调 衰减器A1进行增益调节，使得增益减小，之后再经过第二衰减器ATT2进一步衰减W增加第 一放大器AMP1的稳定性；第二衰减器ATT2的输出信号通过第一放大器AMP1进行放大，放 大后的信号依次通过第S衰减器ATT3、第二可调衰减器A2和第四衰减器ATT4进行2地衰 减、增益调节和再次衰减后进入第二放大器AMP2进行进一步放大，再经过第五衰减器ATT5 进行2地衰减后，最终经过检波器DET进行功率检波后输出。
[0026] 第一放大器AMP1为低噪声放大器，频率范围6~lOGHz，增益20地，P-l:+8地m，噪 声系数1. 3地，驻波1. 3。第二放大器AMP2 ;频率范围5~12細Z，增益22地，P-l:+20地m。第 一可调衰减器A1和第二可调衰减器A2 ;频率范围DC~10細Z，增益调节范围；-2~-18地。
[0027] 为避开腔体谐振带来的放大器自激效应，须选用内腔尺寸较小的管壳。由于模块 内集成的器件较多，低频引针较多，选用微带型管壳满足应用要求。方案中选用的微带型管 壳如图2所示。本发明宽带高功率功放模块选取内腔尺寸为11. 4mmX4. 3mm的微波管壳进 行封装。另外，为获得更好的宽带特性，选用金丝作为模块内部键合材料。
[002引本发明选用两级放大巧片实现增益放大和功率输出；前级放大器选用低噪声放大 巧片，后级放大器选用P-1达20地m的功率巧片；采用两级电调衰减巧片增加调节动态范 围，采用检波巧片实现检波电压输出；巧片之间增加固定衰减器巧片改善级间匹配性能。
[0029] 考虑到实际应用环境，为提高整机装配简洁度W及便利性，对巧片布局W及供电 管脚选择进行了综合考虑。除放大器2 (AMP2)供电管脚选择模块上方外，其余输入输出直 流接口全部排布在模块下方。
[0030] 下面为本发明宽带高功率功放模块的主要技术指标。
[0031] 表1主要技术指标
[0032]
[003引 图3为本发明功放模块增益仿真曲线，图中ml和m2分别为7GHz和9細z数据，仿 真曲线表明，模块增益在7GHz~9GHz之间满足>25地的设计要求。
[0034] 根据W上设计投产模块并装配。实际投产3只，测试数据如下：
[0035] 宽带高功率功放模块实测数据（频率7-9GHZ)
[0036]
[0037] 图4为其中一只模块实测数据，其中S11为驻波曲线，S21为增益曲线。从实测结 果可w看出，模块实测性能与设计指标相符，且高低温下性能良好，不同样品之间一致性较 好，满足工程化星载应用需求。
【主权项】
1. 一种宽带高功率功放模块，其特征在于包括：第一衰减器ATTl、第二衰减器ATT2、第 三衰减器ATT3、第四衰减器ATT4、第五衰减器ATT5、第一可调衰减器A1、第二可调衰减器 A2、第一放大器AMP1、第二放大器AMP2和检波器DET; 外部射频信号进入第一衰减器ATTl中进行2dB衰减，衰减后的信号送入第一可调衰减 器Al进行增益调节，使得增益减小，之后再经过第二衰减器ATT2进一步衰减以增加第一放 大器AMPl的稳定性；第二衰减器ATT2的输出信号通过第一放大器AMPl进行放大，放大后 的信号依次通过第三衰减器ATT3、第二可调衰减器A2和第四衰减器ATT4进行2dB衰减、增 益调节和再次衰减后进入第二放大器AMP2进行进一步放大，再经过第五衰减器ATT5进行 2dB衰减后，最终经过检波器DET进行功率检波后输出。2. 根据权利要求1所述的一种宽带高功率功放模块，其特征在于：所述第一放大器 AMPl为低噪声放大器，频率范围6~10GHz，增益20dB，P-l:+8dBm，噪声系数I. 3dB，驻波 1. 3〇3. 根据权利要求1所述的一种宽带高功率功放模块，其特征在于：所述第二放大器 AMP2 :频率范围 5 ~12GHz，增益 22dB，P-l:+20dBm。4. 根据权利要求1所述的一种宽带高功率功放模块，其特征在于：所述宽带高功率功 放模块选取内腔尺寸为11. 4_X4. 3mm的微波管壳进行封装。5. 根据权利要求1所述的一种宽带高功率功放模块，其特征在于：所述第一可调衰减 器Al和第二可调衰减器A2 :频率范围DC~10GHz，增益调节范围：-2~-18dB。
【专利摘要】一种宽带高功率功放模块，属于微波技术领域。选用两级放大芯片实现增益放大和功率输出，采用两级电调衰减芯片增加调节动态范围，采用检波芯片实现检波电压输出；芯片全部为宽带器件，可以覆盖7GHz-9GHz频率范围；芯片之间增加固定衰减器芯片改善级间匹配性能；另外，为避开腔体谐振带来的放大器自激效应，须选用内腔尺寸较小的管壳。由于模块内集成的器件较多，低频引针较多，选用微带型管壳满足应用要求。
【IPC分类】H03F1/42, H03F3/20
【公开号】CN104917470
【申请号】CN201510350610
【发明人】彭伟, 张高磊, 汪蕾, 林超, 康瑞媛, 崔浩
【申请人】西安空间无线电技术研究所
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月23日