Ku波段開關(guān)功放組件的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種Ku波段開關(guān)功放組件，包括PIN開關(guān)電路、微波放大電路、電源/控制電路，輸入信號經(jīng)過PIN開關(guān)電路調(diào)制后，輸出至微波放大電路，微波放大電路對輸入的信號進行有源功率放大和功分處理后產(chǎn)生兩路信號輸出，PIN開關(guān)電路包括偏置電路及多個級聯(lián)的PIN開關(guān)，外部PIN開關(guān)調(diào)制脈沖經(jīng)過偏置電路進行脈沖壓縮、加速及高頻扼流后施加到PIN開關(guān)；微波放大電路由依次連接的微波有源放大器、隔離器及功分器組成，隔離器位于微波有源放大器之后的微帶傳輸線上；電源/控制電路為所述微波放大電路提供穩(wěn)壓、負電保護及驅(qū)動信號。本實用新型的開關(guān)功放組件在發(fā)射與非發(fā)射下有較高的隔離度，輸出脈沖上升/下降沿較小，滿足微波引信的精度和高速響應(yīng)。
【專利說明】Ku波段開關(guān)功放組件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電子信息【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是微波引信的核心組件，具體而言涉及一種Ku波段開關(guān)功放組件。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，空中飛行器的精確定位能力主要受制于微波引信的響應(yīng)能力。作為微波引信中的核心組件，功放組件的性能對微波引信的精度定位、高速響應(yīng)有著舉足輕重的作用。
[0003]微波引信中的功放組件通常在脈沖體制下工作，并且對其發(fā)射與非發(fā)射狀態(tài)下的隔離度也有較高的要求，同時其輸出脈沖上升/下降沿亦直接影響微波引信的響應(yīng)能力。而且現(xiàn)代空中通信系統(tǒng)對組件具有更加苛刻的體積要求，應(yīng)用于微波引信的功放組件必須滿足高集成度的要求，但現(xiàn)有技術(shù)中尚未發(fā)現(xiàn)同時滿足上述設(shè)計要求的功放組件。
[0004]因此，研制在發(fā)射與非發(fā)射狀態(tài)下具有高隔離度、輸出脈沖上升/下降沿較小，而且具有高集成度的功放組件成為一個迫切的需求。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型目的在于提供一種Ku波段開關(guān)功放組件，旨在解決的問題是:功放組件在發(fā)射與非發(fā)射狀態(tài)下有較高的隔離度，其輸出脈沖上升/下降沿較小，滿足微波引信的精度和高速響應(yīng)。
[0006]為達成上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]一種Ku波段開關(guān)功放組件，包括盒體和位于盒體內(nèi)的PIN開關(guān)電路、微波放大電路、電源/控制電路，輸入信號經(jīng)過所述PIN開關(guān)電路調(diào)制后，輸出至所述微波放大電路，該微波放大電路對輸入的信號進行有源功率放大和功分處理后，產(chǎn)生兩路信號輸出，其中:所述PIN開關(guān)電路包括一偏置電路以及多個級聯(lián)的PIN開關(guān)，外部PIN開關(guān)調(diào)制脈沖經(jīng)過該偏置電路進行脈沖壓縮、加速及高頻扼流后施加到PIN開關(guān)上，對所述輸入信號進行調(diào)制；所述微波放大電路由依次連接的微波有源放大器、隔離器及功分器組成，隔離器位于微波有源放大器和功分器之間的微帶傳輸線上；所述電源/控制電路為所述微波放大電路提供穩(wěn)壓、負電保護及驅(qū)動信號。
[0008]進一步的實施例中，所述PIN開關(guān)為PIN 二極管，各PIN 二極管之間的間距等于λ/4，λ為工作頻段內(nèi)信號在所述微帶傳輸線上傳輸?shù)牟ㄩL。
[0009]進一步的實施例中，所述偏置電路由脈沖壓縮電路、脈沖加速電路以及高頻扼流電路組成，脈沖壓縮電路將外部PIN開關(guān)調(diào)制脈沖進行脈沖壓縮后，進入脈沖加速電路的輸入端，高頻扼流電路的一端連接至脈沖加速電路的輸出端，其另一端連接至所述多個級聯(lián)的PIN開關(guān)。
[0010]進一步的實施例中，所述脈沖壓縮電路由一電感組成，所述脈沖加速電路由一電容與電阻并聯(lián)形成，并與前述電感串聯(lián)，所述高頻扼流電路包括一接地電容和一個扼流電感，接地電容的一端接地，另一端與扼流電感連接，扼流電感的另一端連接至所述多個級聯(lián)的PIN開關(guān)。
[0011]進一步的實施例中，所述多個級聯(lián)PIN開關(guān)的兩端還分別連接有視頻短路線，視頻短路線的一端接地，另一端連接至所述多個級聯(lián)的PIN開關(guān)。
[0012]進一步的實施例中，所述多個級聯(lián)的PIN開關(guān)在所述盒體內(nèi)分腔式分布，分布在至少2個腔體內(nèi)。
[0013]進一步的實施例中,所述功分器為Wilkinson功分器。
[0014]進一步的實施例中，所述微波有源放大器為GaAs功率MMIC。
[0015]進一步的實施例中，所述電源/控制電路由穩(wěn)壓電路、負電保護電路、功放驅(qū)動電路組成，其中，前述穩(wěn)壓電路采用集成穩(wěn)壓器將外部輸入的電源電壓轉(zhuǎn)換成前述負電保護電路、功放驅(qū)動電路和微波放大電路所需的工作電壓，前述負電保護電路采用晶體三極管串聯(lián)保護電路，外部功放調(diào)制脈沖輸入到前述功放驅(qū)動電路中，使其輸出的供電脈沖隨著功放調(diào)制脈沖變化。
[0016]進一步的實施例中，所述功放驅(qū)動電路包括一與非門電路以及一 MOSFET晶體管，該與非門電路由一第一輸入電壓15V經(jīng)所述穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后進行供電，前述MOSFET晶體管由所述第一輸入電壓15V經(jīng)所述穩(wěn)壓電路、負電保護電路后進行供電，所述非門電路接收外部輸入的功放調(diào)制脈沖并輸出控制信號至MOSFET晶體管，MOSFET晶體管的輸出連接至所述GaAs功率麗IC的漏極，所述GaAs功率麗IC的柵極電壓由一第二輸入電壓-15V經(jīng)一分壓電路提供。
[0017]由以上本實用新型的技術(shù)方案可知，本實用新型的Ku波段開關(guān)功放組件，其顯著優(yōu)點在于:
[0018]1、采用PIN開關(guān)調(diào)制和功放脈沖調(diào)制相結(jié)合的方式，通過PIN開關(guān)電路和微波放大電路對輸入信號進行二次調(diào)制，并采用具有高速響應(yīng)時間的開關(guān)，利用高速脈沖整形技術(shù)，實現(xiàn)功放組件輸出脈沖上升/下降沿小于3ns，提供微波引信的高速響應(yīng)能力；
[0019]2、采用高速PIN 二極管級聯(lián)及電磁屏蔽分腔式設(shè)計，增強電磁屏蔽，保證PIN開關(guān)導通與關(guān)斷狀態(tài)的高隔離度，在發(fā)射與非發(fā)射狀態(tài)隔離度可高達90dB ；
[0020]3、本實用新型的Ku波段開關(guān)功放組件，采用的各器件成本低，可利用現(xiàn)有較成熟的微組裝工藝技術(shù)，滿足空中飛行器引信開關(guān)功放組件高集成度、小型化要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型一實施方式Ku波段開關(guān)功放組件的電路原理圖。
[0022]圖2為圖1實施例中PIN開關(guān)電路的一個示例性電路圖，其中(a)、(b)中的Al、A2為電路連接點。
[0023]圖3為圖1實施例中功分器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4為圖1實施例中電源/控制電路的原理示意圖。
[0025]圖5為圖1實施例中功放驅(qū)動電路中MOSFET的電路原理示意圖。
[0026]圖6為圖1實施例中PIN開關(guān)電路的另一示例性電路圖，其中(a)、(b)中的Al、A2為電路連接點。

【具體實施方式】
[0027]為了更了解本實用新型的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。
[0028]圖1所示為本實用新型一實施方式Ku波段開關(guān)功放組件的電路原理圖，其中，一種Ku波段開關(guān)功放組件，包括盒體和位于盒體內(nèi)的PIN開關(guān)電路1、微波放大電路2、電源/控制電路3，輸入信號經(jīng)過PIN開關(guān)電路I調(diào)制后，輸出至微波放大電路2，該微波放大電路2對輸入的信號進行有源功率放大和功分處理后，產(chǎn)生兩路信號輸出。
[0029]圖2所示PIN開關(guān)電路的電路原理圖，PIN開關(guān)電路包括一偏置電路以及多個級聯(lián)的PIN開關(guān)，外部PIN開關(guān)調(diào)制脈沖經(jīng)過該偏置電路進行脈沖壓縮、加速及高頻扼流后施加到PIN開關(guān)上，從而使PIN開關(guān)通斷特性隨著調(diào)制脈沖變化，對輸入信號進行脈沖調(diào)制。
[0030]本實施例中，為了實現(xiàn)高速調(diào)制功能，PIN開關(guān)較佳地采用具有高速響應(yīng)時間的PIN 二極管la，從而保證功放組件輸出脈沖具有較小的上升/下降沿。輸入信號經(jīng)過高速PIN開關(guān)調(diào)制后，其上升/下降沿小于3ns。
[0031]為了實現(xiàn)PIN開關(guān)導通與關(guān)斷狀態(tài)下的高隔離度，本實施例中除了采用二極管級聯(lián)的方式外，為了防止電磁波通過空間傳播，各PIN 二極管之間的間距等于λ/4，λ為工作頻段內(nèi)信號在所述微帶傳輸線上傳輸?shù)牟ㄩL。作為優(yōu)選的實施方式，同時采用分腔設(shè)計，即前述多個級聯(lián)的PIN開關(guān)在盒體內(nèi)分腔式分布，分布在至少2個腔體內(nèi)，從而增強電磁屏蔽，保證PIN開關(guān)導通與關(guān)斷狀態(tài)實現(xiàn)90dB的隔離度。
[0032]如圖2所示，本實施例中，前述偏置電路由脈沖壓縮電路lb、脈沖加速電路Ic以及高頻扼流電路Id組成，脈沖壓縮電路Ib將外部PIN開關(guān)調(diào)制脈沖(SW:電平脈沖)進行脈沖壓縮后，進入脈沖加速電路Ic的輸入端，高頻扼流電路Id的一端連接至脈沖加速電路Ic的輸出端，其另一端連接至所述多個級聯(lián)的PIN開關(guān)la。其中，Al、A2為電路連接點，通過圖2中的A1、A2點將脈沖壓縮電路lb、脈沖加速電路Ic與高頻扼流電路IcUPIN開關(guān)連接，圖6中亦如此。
[0033]作為一個可選的實施方式，脈沖壓縮電路Ib由一電感L組成，脈沖加速電路Ic由一電容C與電阻R并聯(lián)形成，并與前述電感L串聯(lián)，高頻扼流電路Id包括一接地電容Cl和一個扼流電感LI，接地電容Cl的一端接地，另一端與扼流電感LI連接，扼流電感LI的另一端連接至前述多個級聯(lián)的PIN開關(guān)la。
[0034]在可選的實施例中，如圖6所示，前述多個級聯(lián)PIN開關(guān)的兩端還分別連接有視頻短路線(L2、L3)，從而濾除視頻干擾信號，有效降低功放組件對微波引信系統(tǒng)的干擾。視頻短路線(L2、L3)的一端接地，另一端連接至前述多個級聯(lián)的PIN開關(guān)。
[0035]如圖2和圖6所示，在多個級聯(lián)的PIN開關(guān)的兩端分別連接有兩個隔直電容(C2、C3)。
[0036]如圖1所示，微波放大電路2由依次連接的微波有源放大器2a、隔離器2b及功分器2c組成，隔離器2b位于微波有源放大器2a和功分器2c之間的微帶傳輸線上。通過在微波有源放大器2a之后、功分器2c之前設(shè)置隔離器2b，從而保證輸出駐波小于1.4，在改善端口駐波的同時，也提高功放組件的負載牽弓I能力。
[0037]微波有源放大包括驅(qū)動級放大和功率放大，本實施例中，為了滿足平臺搭載組件高集成度、小型化的要求，微波有源放大器選用GaAs功率MMIC，并選擇漏極調(diào)制，從而提高其工作的可靠性。
[0038]為了保證兩路輸出相位一致性，作為優(yōu)選的實施方案，前述功分器2c選用為Wilkinson功分器。更優(yōu)選地，Wilkinson功分器為等功分器,其結(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0039]前述電源/控制電路為所述微波放大電路提供穩(wěn)壓、保護及驅(qū)動控制。如圖1結(jié)合圖4所示，所述電源/控制電路由穩(wěn)壓電路、負電保護電路、功放驅(qū)動電路組成，其中:前述穩(wěn)壓電路采用集成穩(wěn)壓器將外部輸入的電源電壓(+12V、-15V)轉(zhuǎn)換成前述負電保護電路、功放驅(qū)動電路和微波放大電路所需的工作電壓；前述負電保護電路采用晶體三極管串聯(lián)保護電路，保證微波放大部分中GaAs功率MMIC的不會出現(xiàn)錯誤的供電順序；外部功放調(diào)制脈沖輸入到前述功放驅(qū)動電路中，使其輸出的供電脈沖隨著功放調(diào)制脈沖變化，使微波放大部分中GaAs功率MMIC的工作時序與功放調(diào)制脈沖一致。
[0040]如圖4所示，前述功放驅(qū)動電路包括一與非門電路以及一 MOSFET晶體管，該與非門電路由一第一輸入電壓15V經(jīng)所述穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后進行供電，前述MOSFET晶體管由所述第一輸入電壓15V經(jīng)所述穩(wěn)壓電路、負電保護電路后進行供電，所述非門電路接收外部輸入的功放調(diào)制脈沖并輸出控制信號至MOSFET晶體管，MOSFET晶體管的輸出連接至所述GaAs功率麗IC的漏極，所述GaAs功率麗IC的柵極電壓由一第二輸入電壓-15V經(jīng)一分壓電路提供。
[0041]本實施例中，作為優(yōu)選的方式，前述外部輸入的功放調(diào)制脈沖(TTL)的脈寬范圍為:80?150ns，而PIN開關(guān)電路的工作脈寬僅有30?100ns，功放需要更快的調(diào)制速度，其上升下降沿在4ns以內(nèi)，才能最終保證輸出脈沖波形不失真。
[0042]圖5所示為圖1實施例中功放驅(qū)動電路中MOSFET的電路原理示意圖，本實施例中，MOSFET晶體管選用EL7158型，如圖5所示，本實施例中供方驅(qū)動電路的關(guān)鍵位調(diào)制電路，采用MOSFET晶體管，其調(diào)制上升下降沿為2ns，具有峰值12A電流驅(qū)動能力。
[0043]表I為本實施例Ku波段開關(guān)功放組件主要性能參數(shù)的測試結(jié)果。
[0044]表I
[0045]
?時序I時序2技術(shù)符合
輸出端口Outl 0ut2 Outl 0ut2 要求情況
+23°C輸出峰值功率(dBm) 31.25 31.31 31.31 31.37 30-33 符合 +70°C輸出峰值功率(dBm) 30.41 30.33 30.33 30.32 30-33 ^~
-40°C輸出峰值功率(dBm) 31.84 31.92 31.90 31.82 30?33 符合
輸出駐波L29 — L32 — <L4~
開關(guān)隔離度(dB)9090909U >80 符合上升/F降沿(ns)1.8/2.01.9/2.1<4 符合
波形展寬(ns)+13+IA<4~
[0046]從表I可以看出，Ku波段開關(guān)功放組件采用開關(guān)調(diào)制和功放調(diào)制相結(jié)合的技術(shù)手段，實現(xiàn)了功放射頻信號在發(fā)射與非發(fā)射狀態(tài)下，可達80dB以上的高隔離度，甚至達到90dB左右，輸出脈沖上升/下降沿小于3ns的超高速響應(yīng)。
[0047]本實施例的Ku波段開關(guān)功放組件工作時，其產(chǎn)生的熱量主要來自GaAs功率麗1C。由于功放組件是一個全封閉的金屬體，其工作時產(chǎn)生的熱量主要通過傳導和輻射的方式流動到外界環(huán)境中。兩種熱傳遞方式中傳導占據(jù)較大的比重。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，使功放組件工作時GaAs功率MMIC產(chǎn)生的熱量能及時傳遞到功放組件金屬殼體表面是非常關(guān)鍵的。本實施例的Ku波段開關(guān)功放組件在制作時，可在GaAs功率MMIC安裝面底部預留較厚的金屬層，使其工作時產(chǎn)生的熱量能及時傳遞到功放組件金屬殼體表面。與微波引信散熱層進行快速的熱交換，保證整個功放組件工作的穩(wěn)定性。
[0048]雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本實用新型的范圍。本實用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與潤飾。因此，本實用新型的保護范圍當視權(quán)利要求書所界定者為準。
【權(quán)利要求】
1.一種Ku波段開關(guān)功放組件，其特征在于，包括盒體和位于盒體內(nèi)的PIN開關(guān)電路、微波放大電路、電源/控制電路，輸入信號經(jīng)過所述PIN開關(guān)電路調(diào)制后，輸出至所述微波放大電路，該微波放大電路對輸入的信號進行有源功率放大和功分處理后，產(chǎn)生兩路信號輸出，其中:所述PIN開關(guān)電路包括一偏置電路以及多個級聯(lián)的PIN開關(guān)，外部PIN開關(guān)調(diào)制脈沖經(jīng)過該偏置電路進行脈沖壓縮、加速及高頻扼流后施加到PIN開關(guān)上，對所述輸入信號進行調(diào)制；所述微波放大電路由依次連接的微波有源放大器、隔離器及功分器組成，隔離器位于微波有源放大器和功分器之間的微帶傳輸線上；所述電源/控制電路為所述微波放大電路提供穩(wěn)壓、負電保護及驅(qū)動信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ku波段開關(guān)功放組件，其特征在于，所述PIN開關(guān)為PIN二極管，各PIN 二極管之間的間距等于λ/4，λ為工作頻段內(nèi)信號在所述微帶傳輸線上傳輸?shù)牟ㄩL。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ku波段開關(guān)功放組件，其特征在于，所述偏置電路由脈沖壓縮電路、脈沖加速電路以及高頻扼流電路組成，脈沖壓縮電路將外部PIN開關(guān)調(diào)制脈沖進行脈沖壓縮后，進入脈沖加速電路的輸入端，高頻扼流電路的一端連接至脈沖加速電路的輸出端，其另一端連接至所述多個級聯(lián)的PIN開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Ku波段開關(guān)功放組件，其特征在于，所述脈沖壓縮電路由一電感組成，所述脈沖加速電路由一電容與電阻并聯(lián)形成，并與前述電感串聯(lián)，所述高頻扼流電路包括一接地電容和一個扼流電感，接地電容的一端接地，另一端與扼流電感連接，扼流電感的另一端連接至所述多個級聯(lián)的PIN開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ku波段開關(guān)功放組件，其特征在于，所述多個級聯(lián)PIN開關(guān)的兩端還分別連接有視頻短路線，視頻短路線的一端接地，另一端連接至所述多個級聯(lián)的PIN開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ku波段開關(guān)功放組件，其特征在于，所述多個級聯(lián)的PIN開關(guān)在所述盒體內(nèi)分腔式分布，分布在至少2個腔體內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ku波段開關(guān)功放組件，其特征在于，所述功分器為Wilkinson 功分器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ku波段開關(guān)功放組件，其特征在于，所述微波有源放大器為GaAs 功率 MMIC。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的Ku波段開關(guān)功放組件，其特征在于，所述電源/控制電路由穩(wěn)壓電路、負電保護電路、功放驅(qū)動電路組成，其中，前述穩(wěn)壓電路采用集成穩(wěn)壓器將外部輸入的電源電壓轉(zhuǎn)換成前述負電保護電路、功放驅(qū)動電路和微波放大電路所需的工作電壓，前述負電保護電路采用晶體三極管串聯(lián)保護電路，外部功放調(diào)制脈沖輸入到前述功放驅(qū)動電路中，使其輸出的供電脈沖隨著功放調(diào)制脈沖變化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的Ku波段開關(guān)功放組件，其特征在于，所述功放驅(qū)動電路包括一與非門電路以及一MOSFET晶體管,該與非門電路由一第一輸入電壓15V經(jīng)所述穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后進行供電，前述MOSFET晶體管由所述第一輸入電壓15V經(jīng)所述穩(wěn)壓電路、負電保護電路后進行供電，所述非門電路接收外部輸入的功放調(diào)制脈沖并輸出控制信號至MOSFET晶體管，MOSFET晶體管的輸出連接至所述GaAs功率麗IC的漏極，所述GaAs功率麗IC的柵極電壓由一第二輸入電壓-15V經(jīng)一分壓電路提供。
【文檔編號】H03F3/20GK203942501SQ201420391704
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】雍定超, 鄒光勝, 朱承昆, 劉墩文, 何樹華, 穆鐵軍, 李文學, 孫強, 姚玲玲, 車里木格 申請人:南京譽葆科技有限公司