一种4GHz~8GHz高功率全固态的脉冲功率放大器的制作方法

本发明属于功率放大器，具体涉及一种4ghz～8ghz高功率全固态的脉冲功率放大器。

背景技术：

1、随着微电子技术的发展，大型和超大型规模集成化电路在各类电子设备中早已大范围应用，大大地提高了设备的科技水平，但随着半导体工艺技术的发展，尤其是第三代半导体技术的发展，各类电子装备的辐射功率越来越大，频率越来越高，电磁环境越来越复杂且多变，此时设备必将暴露于极强的电磁场当中，强射频电磁环境会耦合到设备零部件的电缆或电路中，损坏电子敏感设备或系统，使其无法正常工作，甚至造成灾难性的损坏。对此如何能有效的模拟强电磁场环境，在设备研制阶段将强电磁环境效应列入设备的必检项目，使设备在强电磁场环境下还能有效的工作，由此对高功率场强发生器的需求应运而生。

2、高功率放大器作为强电磁场发生器的核心部件，通常从实现技术方式来看有两种技术途径，一是主要通过真空电子管和行波管来实现；二是通过固态功率合成实现高功率输出。但是真空电子管和行波管放大器具有重量重、体积巨大、需要极高的工作电压，使用困难，寿命短、可靠性差等诸多缺点，尤其在作为仪器测量过程中，上千福特的工作电压的可获取性和使用安全性都会带来一些问题；而固态功率放大器以集成mmic为基础，通过功率合成技术获取大功率输出，具有体积小、可靠性高、寿命长、使用方便等特点，具有传统真空电子管无可比拟的优势。国内外各大科研院所和高科技企业也投入越来越多的资源进行研究开发，各种新技术、新思路近年来也不断涌现，为超宽带、大功率固态功率放大器的研究开发提出了诸多的思路和解决问题的方法。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：提供一种4ghz～8ghz高功率全固态的脉冲功率放大器，用于输出4～8ghz的、大于1500w的脉冲功率。

2、本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种4ghz～8ghz高功率全固态的脉冲功率放大器，包括电源管理模块、驱动控制模块和功率合成模块；

3、电源管理模块用于转换电源和控制信号、控制时序和监测温度，为各模块提供工作电压；电源管理模块包括驻波监测电路、防浪涌电路、时序电路模块、线性稳压器、负压稳压模块、电阻分压网络、降压稳压器、固定线性稳压器和可调线性稳压器；

4、驱动控制模块用于将输入信号驱动放大至设置功率，再分为两路等幅同相的信号输出到功率合成模块；驱动控制模块包括射频开关单元、驱动放大单元和末级功率单元；射频开关单元分别与外部端口和驱动放大单元连接，驱动放大单元连接末级功率单元；

5、功率合成模块用于在确保每路功率放大器的工作性能的前提下实现了多路功率合成。

6、按上述方案，电源管理模块的

7、输入射频信号经过驻波监测电路后输出驻波监测信号至时序电路模块；

8、输入电源经过防浪涌电路、时序电路模块和线性稳压器后输出；

9、输入电源还经过时序电路模块、负压稳压模块和电阻分压网络后输出；

10、输入电源还经过时序电路模块、降压稳压器以及固定线性稳压器后输出，或者经过固定线性稳压器后再通过可调线性稳压器输出。

11、进一步的，时序电路模块包括电源电路与调制电路；

12、电源电路包括线性稳压器u33、第三电阻r130、第四电阻r131、第一电容c130、第二电容c131、第三电容c132和第四电容c125；线性稳压器u33的第八脚与第四电压端+36vin连接，线性稳压器u33的第五脚与第八脚连接，并通过第一电容c130接地，线性稳压器u33的第四脚与第九脚接地，线性稳压器u33的第一脚通过第三电阻r130与第四电阻r131接地，线性稳压器u33的第一脚还通过第四电容c125与第四电阻r131接地，线性稳压器u33的第一脚还分别通过第二电容c131与第三电容c132接地，线性稳压器u33的第一脚输出+10v的电压；

13、调制电路包括光电耦合器u34、mos管q17、稳压二极管d17、第一电阻r132和第二电阻r129；光电耦合器u34的第一脚和第三脚接地，第二脚与稳压二极管d17的阴极连接，稳压二极管d17的阳极通过第一电阻r132与第一电压端-5v连接，光电耦合器u34的第四脚与mos管q17的栅极连接，光电耦合器u34的第四脚还通过第二电阻r129与第二电压端+10v_vin连接，mos管q17的源级与第二电压端+10v_vin连接，mos管q17的漏极与第三电压端+10v连接。

14、进一步的，在电源的负压未接或者跌落时通过光电耦合器u34断开放大器的正电源。

15、按上述方案，电源管理模块还包括负电压加电时序控制电路，包括负电压发生模块和负电压检测模块；负电压发生模块采用开关电容电压转换芯片产生负电压；负电压检测模块采用比较器检测负电压的通断，将负电压的通断直接转换成高低电平；采用与非门利用高低电平对脉冲信号进行开关控制。

16、进一步的，电源管理模块还包括脉冲调制电路，采用脉冲开关电路对功率器件的漏极和栅极进行调制；脉冲开关电路用于形成控制脉冲，通过触发脉冲转换直流功率与脉冲功率，提供具有大电流驱动能力和脉冲包络正常的脉冲电源。

17、按上述方案，射频开关单元采用单刀单掷开关hg117k2a spst，内部集成驱动电路，在4～8ghz频段内提供60db以上的隔离度和小于1.2db的插入损耗，控制响应时间小于30ns；

18、驱动放大单元采用驱动功率放大器ipa-0408a，工作频率范围为4～8ghz，提供p1db大于28.5dbm的功率输出，小信号增益大于20db；

19、驱动功率放大器为正面和反面两面腔体结构，背面是电源变化及控制电路，正面为微波芯片电路；

20、末级功率单元的技术指标包括工作频率范围为4～8ghz，饱和输出功率≥48.5dbm，附加效率≥30％，功率增益≥20db。

21、按上述方案，功率合成模块包括两路一分八功率分配器和一路一分十六功率分配器；

22、每路一分八功率分配器与一分十六功率分配器之间连接有八个二合一单元；

23、每个二合一单元包括两个射频功率放大器，每个二合一单元连接一个隔离器模块isolater；

24、驱动控制模块输出的两路等幅同相的信号分别输入至两路一分八功率分配器。

25、按上述方案，八路功率分配网络采用wilkinson功率分配器实现，前两级采用无电阻的网络，最后一级电路采用wilkinson陶瓷片。

26、按上述方案，采用空气悬置线结构；中间为介质基板，上下两侧是对称的空气腔，四周是密闭的腔体。

27、本发明的有益效果为：

28、1.本发明的一种4ghz～8ghz高功率全固态的脉冲功率放大器，采用悬置带线结构实现宽带、高功率合成，解决了功率放大器合路的效率问题，单个模块实现了超1500w的饱和功率输出；通过在4～8ghz全频段覆盖，实现超宽带、倍频程工作；实现了输出4～8ghz的、大于1500w的脉冲功率的功能。

29、2.本发明小型化、高密度集成，将功率放大器模块进行单独封装，二次封装单独测试后再合成，在小体积内集成了32路射频功率放大器，确保每路功率放大器的工作性能，实现了32路功率合成，具有体积小、重量轻等特点，通过超大规模合成为后续高功率电磁场测试设备解决了关键技术问题。

30、3.本发明采用固态功率合成以及高功率隔离技术，采用第三代半导体技术的放大器具有寿命长、可靠性高的特点；每个独立功率模块后接入大功率隔离器，防止测试过程中强的反射功率导致损坏功率放大器；在极限工作环境下保证了放大器不损坏，提高了功率放大器的可靠性。

31、4.本发明采用n沟道mos管组合设计的大功率高压脉冲调制技术，提高了电源调制电路如脉冲顶降、过冲、脉冲拖尾等的性能指标，改善了脉冲功率放大器的脉冲工作性能。

32、5.本发明将芯片直接共晶于载板上，再用焊锡膏将芯片焊接于合成模块上，实现芯片的高效率散热和良好的射频性能。