CN203851101U - 基于带状线方式的小型大功率微波放大模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于带状线方式的小型大功率微波放大模块，它包括基板（1）、功率晶体管（2）、印制有由输入阻抗匹配单元（31）和输入转接单元（32）组成的输入匹配电路的底板A（3）、印制有由输出转接单元（42）和输出阻抗匹配单元（41）组成的输出匹配电路的底板B（4）、盖板A（5）和盖板B（6）；盖板A（5）盖压在输入阻抗匹配单元（31）上并与底板A（3）紧固连接形成带状线电路，盖板B（6）盖压在输出阻抗匹配单元（41）上并与底板B（4）紧固连接形成带状线电路。本实用新型利用带状线对功率晶体管的阻抗匹配单元进行密封，从而在电性能上提高大功率微波放大模块的电磁兼容性，结构设计上有效利用空间排布，减小了体积。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种大功率微波放大模块，特别是涉及一种电磁兼容性强、体积小的基于带状线方式的小型大功率微波放大模块。
背景技术
微波放大模块是微波通讯技术中非常重要的模块之一，它是发射器中最后一级提供增益及输出功率的关键模块。它不但在现代的无线通信中发挥着重要的作用，而且在军用和民用设备中也起着核心作用。随着半导体工艺的不断发展，目前大功率微波放大模块主要采用微带线方式实现，微带线是由导体带、单侧介质层和接地板组成，其工作时所产生的电场分布左右对称而上下不对称。如图1所示，在实际使用时，单侧介质层10的一侧和地板9相连接，另一侧的上表面安装有工作电路板，由于微带线的工作模式为“准TEM”波，存在色散效应，为保证电磁波的正常传输不受干扰，微带线电路必须保证空气侧有足够大的自由空间11，为了能够有效地避免屏蔽盒的壁对电路中电场的扰动，自由空间11的距离应在10h(h为单侧介质层厚度)以上，且因电磁波的传输，自由空间11是不可用的，10h以上空间的利用也很困难，故而不利于实现大功率微波放大模块小型化的设计，同时由于其结构为开放式，从而导致电磁辐射大，电磁兼容性差等问题，采用微带线方式的微波放大模块只能平面发展，从而导致空间利用率低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用带状线对功率晶体管的阻抗匹配电路进行密封，并直接在带状线盖板上安装大功率微波放大模块所必须的馈电电路的基于带状线方式的小型大功率微波放大模块，从而解决大功率微波放大模块电磁辐射大的问题，提高大功率微波放大模块的电磁兼容性；在带状线盖板上直接安装大功率微波放大模块所必须的馈电电路，从而形成立体空间排布，提高空间利用率，实现大功率微波放大模块的更小型化设计。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：基于带状线方式的小型大功率微波放大模块，它包括设有凹槽的基板、安装于凹槽内的功率晶体管、印制有由输入阻抗匹配单元和输入转接单元组成的输入匹配电路的底板A、印制有由输出转接单元和输出阻抗匹配单元组成的输出匹配电路的底板B、盖板A、盖板B、馈电电路A和馈电电路B，底板A和底板B固定安装在基板上；盖板A盖压在输入阻抗匹配单元上并与底板A紧固连接形成带状线电路，盖板B盖压在输出阻抗匹配单元上并与底板B紧固连接形成带状线电路；输入匹配电路与功率晶体管的输入端电连接，输出匹配电路与功率晶体管的输出端电连接；馈电电路A设置在盖板A的上表面并与输入匹配电路电连接，馈电电路B设置在盖板B的上表面并与输出匹配电路电连接。
所述输入匹配电路印制在底板A的上表面或盖板A的下表面，由底板A和盖板A形成带状线电路。
所述输出匹配电路印制在底板B的上表面或盖板B的下表面，由底板B和盖板B形成带状线电路。
所述的馈电电路A和馈电电路B分别印制在盖板的上表面，馈电电路A印制在盖板A的上表面；馈电电路B印制在盖板B的上表面。
所述的馈电电路A印制在独立的印制电路板上，形成馈电电路板A，馈电电路板A安装在盖板A的上表面，并与输入匹配电路电连接；所述的馈电电路B印制在独立的印制电路板上，形成馈电电路板B，馈电电路板B安装在盖板B的上表面，并与输出匹配电路电连接。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1)本实用新型采用带状线方式对输入匹配电路和输出匹配电路进行密封，由于带状线是由两侧接地板、两侧介质层和导体带组成，其工作过程中所产生的电场分布上下左右都对称，不存在色散效应；密封结构有效地解决了大功率微波放大模块电磁泄漏的问题，进而增强了大功率微波放大模块的电磁兼容性，提高了大功率微波放大模块的稳定性；
2)由于带状线的两侧均有接地板，在带状线盖板上可以直接安装大功率微波放大模块所必须的馈电电路，从而形成立体空间排布，进而提高了空间利用率，实现了大功率微波放大模块的更小型化设计，克服了微带电路在实际使用时必须预留较大的高度自由空间，导致立体空间的利用率低的问题；
3)将馈电电路直接印制在盖板上表面上，从而减少了电路板的数量，从而进一步降低了大功率微波放大电路模块的体积。
附图说明
图1为微带线示意图；
图2为本实用新型的结构示意图；
图3为本实用新型的带状线电路结构示意图A；
图4为本实用新型的带状线电路结构示意图B；
图5为本实用新型的实物结构示意图；
图6为本实用新型的整体电路原理图；
图中，1-基板，2-功率晶体管，3-底板A，4-底板B，5-盖板A，6-盖板B，7-馈电电路板A，8-馈电电路板B，9-地线，10-介质层，11-自由空间，12-隔直电容，31-输入阻抗匹配单元，32-输入转接单元，33-输入引出焊盘，41-输出阻抗匹配单元，42-输出转接单元，43-输出引出焊盘。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
如图2所示，基于带状线方式的小型大功率微波放大模块，它包括设有凹槽的基板1、安装于凹槽内的功率晶体管2、印制有由输入阻抗匹配单元31和输入转接单元32组成的输入匹配电路的底板A3、印制有由输出转接单元42和输出阻抗匹配单元41组成的输出匹配电路的底板B4、盖板A5、盖板B6、馈电电路A和馈电电路B，底板A3和底板B4固定安装在基板1上；盖板A5盖压在输入阻抗匹配单元31上并与底板A3紧固连接形成带状线电路，盖板B6盖压在输出阻抗匹配单元41上并与底板B4紧固连接形成带状线电路；输入匹配电路与功率晶体管2的输入端电连接，输出匹配电路与功率晶体管2的输出端电连接；馈电电路A设置在盖板A5的上表面并与输入匹配电路电连接，馈电电路B设置在盖板B6的上表面并与输出匹配电路电连接。
优选的，所述输入匹配电路印制在底板A3的上表面或盖板A5的下表面，由底板A3和盖板A5形成带状线电路。
优选的，所述输出匹配电路印制在底板B4的上表面或盖板B6的下表面，由底板B4和盖板B6形成带状线电路。
优选的，所述的馈电电路A和馈电电路B分别印制在盖板的上表面，馈电电路A印制在盖板A5的上表面；馈电电路B印制在盖板B6的上表面。
优选的，所述的馈电电路A印制在独立的印制电路板上，形成馈电电路板A7，馈电电路板A7安装在盖板A5的上表面，并与输入匹配电路电连接；所述的馈电电路B印制在独立的印制电路板上，形成馈电电路板B8，馈电电路板B8安装在盖板B6的上表面，并与输出匹配电路电连接。
如图3所示，底板A3上印制有由输入阻抗匹配单元31和输入转接单元32组成的输入匹配电路，盖板A5盖压在输入阻抗匹配单元31上并通过螺钉A与底板A3紧固连接，形成带状线电路，使得输入匹配电路的阻抗更低，波长更短，更利于和功率晶体管2进行阻抗匹配、变换；输入转接单元32采用微带线电路，阻抗匹配至高阻值后转为微带线，利用微带线模式下线宽更宽的特点，确保功率传输的同时兼顾器件安装，一举两得；为方便电源馈电电路与射频电路的连接，合理将微带方式和带状线方式进行组合，输入阻抗匹配单元31上设有输入引出焊盘33，便于安装电感或引线电阻进行馈电，经输入转接单元32后转换为微带接口，方便焊接隔直电容12以及进行模块间级联等；为保证整个模块的小体积，输入引出焊盘33的实现方式为在盖板A5对应位置开缺口；输入匹配电路通过电感或引线电阻与馈电电路A相连接，所述的馈电电路A包括脉冲调制电路和温度补偿电路，脉冲调试电路和温度补偿电路可以直接印制在盖板A5的上表面，也可以制成独立的印制电路板并安装在盖板A5的上表面，从而形成空间立体结构，提高了立体空间的利用率，实现了更小型化的大功率微波放大模块。
如图4所示，底板B4上印制有输出转接单元42和输出阻抗匹配单元41组成的输出匹配电路，盖板B6盖压在输出阻抗匹配单元41并通过螺钉B与底板B4紧固连接，形成带状线电路，使输出匹配电路的阻抗更低，波长更短，更利于和功率晶体管进行阻抗匹配、变换；输出转接单元42采用微带线电路，阻抗匹配至高阻值后转为微带线，利用微带线模式下线宽更宽的特点，确保功率传输的同时兼顾器件安装，一举两得；为方便电源馈电电路与射频电路的连接，合理将微带方式和带状线方式进行组合，输出阻抗匹配单元41上设有输出引出焊盘43，便于安装电感或引线电阻进行馈电，匹配至输出转接单元42后转换为微带接口，方便焊接隔直电容12以及进行模块间级联等；为保证整个模块的小体积，输出引出焊盘43的实现方式为在盖板B6对应位置开缺口；输入匹配电路通过电感或引线电阻与馈电电路B相连接，所述的馈电电路B包括漏极储能电路和滤波电路，漏极储能电路和滤波电路可以直接印制在盖板A5的上表面，也可以制成独立的印制电路板并安装在盖板B6的上表面，从而形成空间立体结构，提高了立体空间的利用率，实现了更小型化的大功率微波放大模块。
如图5所示，功率晶体管2、底板A3和底板B4可以通过回流焊与基板1固定连接，也可以通过螺钉C与基板1固定连接，盖板A5和盖板B6通过螺钉A和螺钉B分别盖压在底板A3和底板B4上，馈电电路A和馈电电路B分别直接安装在盖板A5和盖板B6的上表面，从而形成空间立体结构，提高了立体空间的使用率，降低了大功率微波放大模块的体积，实现了大功率微波放大模块的更小型化。
为了进一步说明本技术方案的有益效果，通过以下仿真、实验进行说明：
本实用新型在实现了小型化的同时保证了大功率微波放大模块优良的电性能性，对采用本实用新型的技术方案设计的大功率微波放大模块进行了仿真，假定仿真使用的功率晶体管的参数如表1所示，
表1L波段功率晶体管主要参数表
| 序号 | 项目 | 参数 | 单位 | 备注 |
| 1 | 工作频段f | L波段 | 带宽200MHz | |
| 2 | 输出功率PL | 250W | W | |
| 3 | 增益Gp | 17 | dB | |
| 4 | 效率 | 55％ |
本实用新型的完整电路如图6所示。
针对其中关键的输入匹配电路、输出匹配电路仿真结果如表2、表3所示：
表2不同状态的输入引出焊盘对输入匹配电路的影响比较表
表3不同状态的输出引出焊盘对输出匹配电路的影响比较表
如上表2、表3所示，本技术方案的匹配电路中，引出焊盘相对与使用位置左右偏移±0.25mm的情况下，传输特性S11的恶化不到1dB(最差点)，反射特性S21的恶化约0.02dB(最差点)；而同样位置情况下，引出线长度、宽度变化±0.1mm对应的状态变化更小。仿真中的变化量均远远大于目前工程应用中的各种误差控制能力，故引出焊盘不同状态对电路的影响完全在工程应用可接受范围内。
采用本技术方案和采用微带线技术方案分别进行大功率微波放大模块设计，假定使用的功率晶体管的参数如表1所示，其中带状线和微带线的介电常数均为10.2、介质层厚度均为1mm、导电带厚度均为0.035mm。进一步对采用本实用新型的技术方案和采用微带线方式技术方案进行大功率微波放大模块设计的性能进行测试，其测试数据如表4和表5所示：
表4基于带状线方式的小型大功率微波放大模块性能测试数据表
表5微带线大功率微波放大模块性能测试数据表
注：表中FL为1.2GHz；FM为1.3GHz；FH为1.4GHz
由表4和表5可得，采用本实用新型的技术方案所设计的大功率微波放大模块实现了器件的性能，且在输出功率、效率上优于采用微带线方式所设计的大功率微波放大模块。因此，本实用新型在实现了小型化的同时保证了大功率微波放大模块优良的电性能指标。
对两者体积的测试数据如下，采用本技术方案设计出的大功率微波放大模块的体积为：69mm×22mm×22mm；采用微带线方式设计出的大功率微波放大模块的体积为：95mm×50mm×29mm；采用本实用新型的技术方案设计的大功率微波放大模块的面积仅微带线方式的31％，所占体积小于微带线方式的25％。
因此，本实用新型同时保证了大功率微波放大模块的的小型化与优良的电性能指标。
Claims (5)
1.基于带状线方式的小型大功率微波放大模块，其特征在于：它包括设有凹槽的基板（1）、安装于凹槽内的功率晶体管（2）、印制有由输入阻抗匹配单元（31）和输入转接单元（32）组成的输入匹配电路的底板A（3）、印制有由输出转接单元（42）和输出阻抗匹配单元（41）组成的输出匹配电路的底板B（4）、盖板A（5）、盖板B（6）、馈电电路A和馈电电路B，底板A（3）和底板B（4）固定安装在基板（1）上；盖板A（5）盖压在输入阻抗匹配单元（31）上并与底板A（3）紧固连接形成带状线电路，盖板B（6）盖压在输出阻抗匹配单元（41）上并与底板B（4）紧固连接形成带状线电路；输入匹配电路与功率晶体管（2）的输入端电连接，输出匹配电路与功率晶体管（2）的输出端电连接；馈电电路A设置在盖板A（5）的上表面并与输入匹配电路电连接，馈电电路B设置在盖板B（6）的上表面并与输出匹配电路电连接。
2.根据权利要求1所述的基于带状线方式的小型大功率微波放大模块，其特征在于：所述输入匹配电路印制在底板A（3）的上表面或盖板A（5）的下表面，由底板A（3）和盖板A（5）形成带状线电路。
3.根据权利要求1所述的基于带状线方式的小型大功率微波放大模块，其特征在于：所述输出匹配电路印制在底板B（4）的上表面或盖板B（6）的下表面，由底板B（4）和盖板B（6）形成带状线电路。
4.根据权利要求1所述的基于带状线方式的小型大功率微波放大模块，其特征在于：所述的馈电电路A和馈电电路B分别印制在盖板的上表面，馈电电路A印制在盖板A（5）的上表面；馈电电路B印制在盖板B（6）的上表面。
5.根据权利要求1所述的基于带状线方式的小型大功率微波放大模块，其特征在于：所述的馈电电路A印制在独立的印制电路板上，形成馈电电路板A（7），馈电电路板A（7）安装在盖板A（5）的上表面，并与输入匹配电路电连接；所述的馈电电路B印制在独立的印制电路板上，形成馈电电路板B（8），馈电电路板B（8）安装在盖板B（6）的上表面，并与输出匹配电路电连接。
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