一种大功率微放电功率加载系统

摘要

本发明实施例公开了一种大功率微放电功率加载系统，工作频率范围为0.8－2.5GHz，连续波输出功率大于500W，具备连续波，脉冲，脉冲加连续波三种工作模式，在输出端射频开路还能继续工作，并且不会被全反射频功率损坏。本发明实施例的大功率微放电功率加载系统包括：末级大功率合成放大器模块、大功率射频开关、0.8－1.4GHz大功率谐波滤波器、1.4－2.5GHz大功率谐波滤波器、0.8－1.4GHz大功率环形器、1.4－2.5GHz大功率环形器、0.8－1.4GHz大功率负载和1.4－2.5GHz大功率负载。

说明书

技术领域

本发明涉及微波电子通信领域，尤其涉及一种大功率微放电功率加载系统。

背景技术

近年来，随着空间技术的发展，微波部件工作的功率越来越大，使得空间发生微放电的可能性大大增加。工作在大功率状态下的微波器件，当功率、射频和器件内部结构尺寸满足一定关系时发生微放电效应。

微放电一旦产生将会造成严重后果，导致微波传输系统驻波比增大，反射功率增加，噪声电平抬高，致使系统不能正常工作。高电平微放电可以引起击穿，射频功率全反射，部件永久性破坏，通信信道丧失工作能力。基于微放电发生会产生严重影响，而且微放电产生机理复杂，至今还没有完全掌握；同时，实际中制作工艺与工艺缺陷，以及存放过程中可能会污染等方面原因，会导致实际的微放电阈值比设计的低；因此，必须对制造好的器件以及待使用的器件进行微放电测试，尤其是现在微波器件的工作功率越来越大，则更需要一个大功率的微放电功率加载系统来进行测试检验微波器件是否满足设计要求。

发明内容

本发明实施例提供了一种大功率微放电功率加载系统，工作频率范围为0.8－2.5GHz，连续波输出功率大于500W，具备连续波，脉冲，脉冲加连续波三种工作模式，在输出端射频开路还能继续工作，并且不会被全反射频功率损坏。

本发明实施例提供的一种大功率微放电功率加载系统，包括：输入端单向定向耦合器、ALC控制模块、步进衰减器模块、带通开关滤波器模块、前级驱动放大器模块、末级大功率合成放大器模块、大功率双向定向耦合器、大功率射频开关、0.8－1.4GHz大功率谐波滤波器、1.4－2.5GHz大功率谐波滤波器、0.8－1.4GHz大功率环形器、1.4－2.5GHz大功率环形器、0.8－1.4GHz大功率负载、1.4－2.5GHz大功率负载、380VAC-DC开关电源、DC-DC电源稳压模块、MCU主监控模块、功放供电偏置模块、显示屏模块、前面板控制模块、风扇供电控制模块、功率检波器和温度传感器；

所述输入端单向定向耦合器连接所述ALC控制模块；

所述ALC控制模块连接所述步进衰减器模块；

所述步进衰减器模块连接所述带通开关滤波器模块；

所述带通开关滤波器模块连接所述前级驱动放大器模块；

所述前级驱动放大器模块连接所述末级大功率合成放大器模块；

所述末级大功率合成放大器模块连接所述大功率双向定向耦合器；

所述大功率双向定向耦合器连接所述大功率射频开关；

所述大功率射频开关连接所述0.8－1.4GHz大功率谐波滤波器和所述1.4－2.5GHz大功率谐波滤波器；

所述0.8－1.4GHz大功率谐波滤波器连接所述0.8－1.4GHz大功率环形器；所述0.8－1.4GHz大功率环形器连接所述0.8－1.4GHz大功率负载；

所述1.4－2.5GHz大功率谐波滤波器连接所述1.4－2.5GHz大功率环形器；所述1.4－2.5GHz大功率环形器连接所述1.4－2.5GHz大功率负载；

所述ALC控制模块、所述大功率双向定向耦合器和所述功率检波器构成闭环；

所述输入端单向定向耦合器串联所述功率检波器同时向所述MCU主监控模块输送功率检测电压值；

所述MCU主监控模块连接所述功放供电偏置模块和大功率射频开关；

所述功放供电偏置模块连接所述380VAC-DC开关电源；

所述DC-DC电源稳压模块连接所述380VAC-DC开关电源；

所述前面板控制模块通过Can线与所述显示屏模块、所述风扇供电控制模块、所述主监控模块、所述功放供电偏置模块、所述功率检波器和所述温度传感器并联。

优选地，所述末级大功率合成放大器模块包括：16路80W末级放大器、3DB电桥、4路功率合成器和2路功率合成器；

所述16路80W末级放大器连接所述3DB电桥；

所述3DB电桥连接所述4路功率合成器；

所述4路功率合成器连接所述2路功率合成器。

优选地，所述末级大功率合成放大器模块还包括：2路功分器和4路功分器；

所述2路功分器连接所述4路功分器；

所述4路功分器连接所述3DB电桥。

优选地，所述输入端单向定向耦合器连接射频信号输入接口。

优选地，所述0.8－1.4GHz大功率环形器和所述1.4－2.5GHz大功率环形器都连接射频信号输出接口。

优选地，所述输入端单向定向耦合器和所述功率检波器，用于实现过输入功率电压检测。

优选地，所述MCU主监控模块，用于通过判断输入功率的大小控制所述功放供电偏置模块的开启和关断。

优选地，所述MCU主监控模块，还用于对所述功率检波器进行功率检测换算并且对所述大功率射频开关进行频段切换。

优选地，所述MCU主监控模块，还用于过功率保护和过驻波比保护。

优选地，所述功放供电偏置模块，用于为各级功率放大器模块提供电源，并监控每路功放芯片的电流、栅压、漏压和温度，对功放芯片进行过流、过压和过温保护。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例中提供的一种大功率微放电功率加载系统包括：输入端单向定向耦合器、ALC控制模块、步进衰减器模块、带通开关滤波器模块、前级驱动放大器模块、末级大功率合成放大器模块、大功率双向定向耦合器、大功率射频开关、0.8－1.4GHz大功率谐波滤波器、1.4－2.5GHz大功率谐波滤波器、0.8－1.4GHz大功率环形器、1.4－2.5GHz大功率环形器、0.8－1.4GHz大功率负载、1.4－2.5GHz大功率负载、380VAC-DC开关电源、DC-DC电源稳压模块、MCU主监控模块、功放供电偏置模块、显示屏模块、前面板控制模块、风扇供电控制模块、功率检波器和温度传感器；所述输入端单向定向耦合器连接所述ALC控制模块；所述ALC控制模块连接所述步进衰减器模块；所述步进衰减器模块连接所述带通开关滤波器模块；所述带通开关滤波器模块连接所述前级驱动放大器模块；所述前级驱动放大器模块连接所述末级大功率合成放大器模块；所述末级大功率合成放大器模块连接所述大功率双向定向耦合器；所述大功率双向定向耦合器连接所述大功率射频开关；所述大功率射频开关连接所述0.8－1.4GHz大功率谐波滤波器和所述1.4－2.5GHz大功率谐波滤波器；所述0.8－1.4GHz大功率谐波滤波器连接所述0.8－1.4GHz大功率环形器；所述0.8－1.4GHz大功率环形器连接所述0.8－1.4GHz大功率负载；所述1.4－2.5GHz大功率谐波滤波器连接所述1.4－2.5GHz大功率环形器；所述1.4－2.5GHz大功率环形器连接所述1.4－2.5GHz大功率负载；所述ALC控制模块、所述大功率双向定向耦合器和所述功率检波器构成闭环；所述输入端单向定向耦合器串联所述功率检波器同时向所述MCU主监控模块输送功率检测电压值；所述MCU主监控模块连接所述功放供电偏置模块和大功率射频开关；所述功放供电偏置模块连接所述380VAC-DC开关电源；所述DC-DC电源稳压模块连接所述380VAC-DC开关电源；所述前面板控制模块通过Can线与所述显示屏模块、所述风扇供电控制模块、所述主监控模块、所述功放供电偏置模块、所述功率检波器和所述温度传感器并联。本实施例中，通过大功率射频开关、0.8－1.4GHz大功率谐波滤波器、1.4－2.5GHz大功率谐波滤波器、0.8－1.4GHz大功率环形器、1.4－2.5GHz大功率环形器12、0.8－1.4GHz大功率负载、1.4－2.5GHz大功率负载和末级大功率合成放大器模块形成了对0.8－2.5G工作频率分两段输出实现了连续波输出功率大于500W，具备连续波，脉冲，脉冲加连续波三种工作模式，在输出端射频开路还能继续工作，并且不会被全反射频功率损坏，解决了现有的功率加载系统只能对工作频率分成多段，环形器的带宽窄，功率很小，并且在进行微波器件大功率微放电测试验证的过程中，因为器件产生微放电，形成功率全反射，从而损坏功率放大器的芯片的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1本发明实施例中提供的一种大功率微放电功率加载系统的一个实施例的结构示意图；

图2本发明实施例中提供的一种末级大功率合成放大器模块的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种大功率微放电功率加载系统，工作频率范围为0.8－2.5GHz，连续波输出功率大于500W，具备连续波，脉冲，脉冲加连续波三种工作模式，在输出端射频开路还能继续工作，并且不会被全反射频功率损坏。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例中提供的一种大功率微放电功率加载系统的一个实施例包括：

输入端单向定向耦合器1、ALC控制模块2、步进衰减器模块3、带通开关滤波器模块4、前级驱动放大器模块5、末级大功率合成放大器模块6、大功率双向定向耦合器7、大功率射频开关8、0.8－1.4GHz大功率谐波滤波器9、1.4－2.5GHz大功率谐波滤波器10、0.8－1.4GHz大功率环形器11、1.4－2.5GHz大功率环形器12、0.8－1.4GHz大功率负载13、1.4－2.5GHz大功率负载14、380VAC-DC开关电源15、DC-DC电源稳压模块16、MCU主监控模块17、功放供电偏置模块18、显示屏模块19、前面板控制模块20、风扇供电控制模块21、功率检波器22和温度传感器23；

射频信号功率放大部分依次串联包括了输入端单向定向耦合器1、ALC控制模块2、步进衰减器模块3、带通开关滤波器模块4、前级驱动放大器模块5、末级大功率合成放大器模块6、大功率双向定向耦合器7、大功率射频开关8、0.8－1.4GHz大功率谐波滤波器9、1.4－2.5GHz大功率谐波滤波器10、0.8－1.4GHz大功率环形器11、1.4－2.5GHz大功率环形器12、0.8－1.4GHz大功率负载13、1.4－2.5GHz大功率负载14。供电、监控、显示、保护部份包括了380V AC-DC开关电源15、DC-DC稳压电源模块16、MCU主监控模块17、功放供电偏置模块18、显示屏模块19、前面板控制模块20、风扇供电控制模块21、功率检波器22和温度传感器23。

输入端单向定向耦合器1连接ALC控制模块2；

ALC控制模块2连接步进衰减器模块3；

步进衰减器模块3连接带通开关滤波器模块4；

带通开关滤波器模块4连接前级驱动放大器模块5；

前级驱动放大器模块5连接末级大功率合成放大器模块6；

前级驱动放大器模块5为末级大功率合成放大器模块6提供高增益与信号放大推动源。

末级大功率合成放大器模块6连接大功率双向定向耦合器7；

大功率双向定向耦合器7连接大功率射频开关8；

大功率射频开关8连接0.8－1.4GHz大功率谐波滤波器9和1.4－2.5GHz大功率谐波滤波器10；

0.8－1.4GHz大功率谐波滤波器9连接0.8－1.4GHz大功率环形器11；0.8－1.4GHz大功率环形器11连接0.8－1.4GHz大功率负载13；

1.4－2.5GHz大功率谐波滤波器10连接1.4－2.5GHz大功率环形器12；1.4－2.5GHz大功率环形器12连接1.4－2.5GHz大功率负载14；

ALC控制模块2、大功率双向定向耦合器7和功率检波器22构成闭环；

ALC控制模块2与大功率双向定向耦合器7，功率检波器22形成闭环，通过对输出功率的正反向电压检测，从而实现输出功率值的限制设置，过功率，过驻波比等保护。

输入端单向定向耦合器1串联功率检波器22同时向MCU主监控模块17输送功率检测电压值；输入端单向定向耦合器1与功率检波器22实现过输入功率电压检测，输入端单向定向耦合器1和功率检波器22再向MCU主监控模块17输送电压值，输入端单向定向耦合器1和功率检波器22在前，MCU主监控模块17在后，输入端单向定向耦合器1和功率检波器22同时向MCU主监控模块17输送功率检测电压值。

MCU主监控模块17连接功放供电偏置模块18和大功率射频开关8；

MCU主监控模块17，用于通过判断输入功率的大小控制功放供电偏置模块18的开启和关断。

MCU主监控模块17，还用于对功率检波器22进行功率检测换算并且对大功率射频开关8进行频段切换。

MCU主监控模块17，还用于过功率保护和过驻波比保护。

MCU主监控模块17判断输入功率的大小从而控制功放供电偏置模块18的开启与关断，从而实现过输入功率的警告与功放保护。

功放供电偏置模块18连接380VAC-DC开关电源15；

DC-DC电源稳压模块16连接380VAC-DC开关电源15；DC-DC电源稳压模块16，用于为控制电路提供对应的电压。

前面板控制模块20通过Can线与显示屏模块19、风扇供电控制模块21、主监控模块、功放供电偏置模块18、功率检波器22和温度传感器23并联。

步进衰减器模块3与前面板控制模块20实现系统的增益衰减调节与增益平坦度的调节，带通开关滤波器模块4分两段0.8－1.4G与1.4－2.5G，可以对输入信号的谐波，杂波进行抑制，同时也能很好地进行错段保，防止因为输入信号频段错误，而导致损坏后面的大功率环形器和大功率谐波滤波器。

进一步地，末级大功率合成放大器模块6包括：16路80W末级放大器204、3DB电桥203、4路功率合成器205和2路功率合成器206；

16路80W末级放大器204连接3DB电桥203；

3DB电桥203连接4路功率合成器205；

4路功率合成器205连接2路功率合成器206。

进一步地，末级大功率合成放大器模块6还包括：2路功分器201和4路功分器202；

2路功分器201连接4路功分器202；

4路功分器202连接3DB电桥203。

进一步地，输入端单向定向耦合器1连接射频信号输入接口。

进一步地，0.8－1.4GHz大功率环形器11和1.4－2.5GHz大功率环形器12都连接射频信号输出接口。

进一步地，输入端单向定向耦合器1和功率检波器22，用于实现过输入功率电压检测。

进一步地，功放供电偏置模块18，用于为各级功率放大器模块提供电源，并监控每路功放芯片的电流、栅压、漏压和温度，对功放芯片进行过流、过压和过温保护。

380V AC-DC开关电源15、DC-DC稳压电源模块16、MCU主监控模块17、功放供电偏置模块18、显示屏模块19、前面板控制模块20、风扇供电控制模块21、功率检波器22、温度传感器23跟其它部件通过电源线和数据线连接。

本发明实施例提供的一款输出功率大于500W大功率S频段微放电功率加载系统，具备连续波，脉冲，脉冲加连续波三种工作模式，可实时调节输出功率，频率，增益，远程遥控开关，具有过压、过流、过驻波、过激励、过温、风扇断开保护功能。本功率加载系统具有优良的功率放大效果，能长时间稳定工作，非线性失真小等优点，抗过激励能力设备能持续24小时承受输入电平最高至2dBm，对系统性能和寿命无任何影响，抗负载失配能力能承受功率全反射，对系统性能和寿命无任何影响。本功率加载系统能很好地解决防止微波器件大功率微放电测试验证时，因为微波器件的功率容量，结构尺寸设计不足，发生微放电效应，造成射频功率全反射，损坏微放电功率加载系统的技术问题。

本发明实施例提供的一种宽带大功率微放电功率加载系统，其工作频率范围0.8－2.5GHz，连续波输出功率大于500W，功率加载系统在输出端射频开路还能继续工作，而系统不会被全反射频功率损坏。

本发明实施例提供的微放电功率加载系统具有宽频带、高增益和高功率，能承受功率的全反射，还能继续工作，不损坏。功率加载系统工作频率为0.8－2.5GHz，射频输入输出端口阻抗为50Ω，连续波输出功率≥500W，功率增益≥57dB，增益平坦度≤±1.5dB，输出功率稳定度≤±0.25dB，长期增益稳定度≤1dBpp，功率增益调节范围25dB(数字调节，步进0.5dB)，谐波抑制≤-60dBc,杂散抑制≤-65dBc，输入驻波比≤1.3:1,输出驻波比≤1.4:1。

本实施例中，通过大功率射频开关、0.8－1.4GHz大功率谐波滤波器、1.4－2.5GHz大功率谐波滤波器、0.8－1.4GHz大功率环形器、1.4－2.5GHz大功率环形器12、0.8－1.4GHz大功率负载、1.4－2.5GHz大功率负载和末级大功率合成放大器模块形成了对0.8－2.5G工作频率分两段输出实现了连续波输出功率大于500W，具备连续波，脉冲，脉冲加连续波三种工作模式，在输出端射频开路还能继续工作，并且不会被全反射频功率损坏，解决了现有的功率加载系统只能对工作频率分成多段，环形器的带宽窄，功率很小，并且在进行微波器件大功率微放电测试验证的过程中，因为器件产生微放电，形成功率全反射，从而损坏功率放大器的芯片的技术问题。

上面是对一种大功率微放电功率加载系统进行详细的描述，下面将对一种大功率微放电功率加载系统的末级大功率合成放大器模块进行详细的描述，请参阅图2，本发明实施例中提供的一种末级大功率合成放大器模块的一个实施例包括：

2路功分器201、4路功分器202、3DB电桥203、80W末级放大器204、4路功率合成器205和2路功率合成器206。

末级大功率合成放大器模块6为本发明实施例中提供的一种大功率微放电功率加载系统的核心模块之一，16路的80W末级放大器204，首先经过3DB电桥203两两组合功率合成为8路，再经过4路功率合成器205合成为2路，再经过2路功率合成器206合成为1路的大功率输出，这是一个超大规模，超宽带的功率合成方式，合成功率达到800W以上。

380V AC-DC开关电源15主要是为了把高压380交流电转化为直流电压27V提供给系统使用，DC-DC电源稳压模块16主要是为控制电路提供相应的工作电压。MCU主监控模块17主要是对功率检波器22进行功率检测换算，还有对大功率开关进行频段切换。功放供电偏置板18从AC-DC开关电源得到27V工作电压为各级功率放大器模块提供电源，其中各级功率放大器模块指前级和末级功放模块，并监控每路功放芯片的电流，栅压，漏压，温度，对功放芯片进行过流，过压，过温保护，功放芯片指前级和末级功放模块里面的放大器芯片。前面板控制模块20通过Can线与显示屏模块19，风扇供电控制模块21，主监控模块17，功放偏置模块18，功率检波器22，温度传感器23并联起来，把正向功率信息，反向功率信息，故障保护信息显示到显示屏上，还有与面板的旋钮相连，可以对功率加载系统的增益、输出功率和频率进行设置。

大功率射频开关8与0.8－1.4GHz大功率谐波滤波器9、1.4－2.5GHz大功率谐波滤波器10、0.8－1.4GHz大功率环形器11、1.4－2.5GHz大功率环形器12、0.8－1.4GHz大功率负载13、1.4－2.5GHz大功率负载14形了对0.8－2.5GHz的分两段输出，由于0.8－1.25GHz频段的谐波落在0.8－2.5GHz工作频段内，要想实现更高的谐波抑制，必须分成两段才可以实现，所在采用了分成0.8－1.4GHz大功率谐波滤波器9、1.4－2.5GHz大功率谐波滤波器10频段设换的方法。0.8－1.4GHz大功率环形器11、1.4－2.5GHz大功率环形器12与0.8－1.4GHz大功率负载13、1.4－2.5GHz大功率负载14的组合更是打破了现有环形器的带宽窄，功率小等缺陷。要把0.8－2.5GHz工作频段加大功率的，高隔离的环形器做成单段，已知的技术只能分成多段，功率也很小，本微放电功率加载系统把0.8－2.5GHz工作频段分成两段就实现了环形器的功率容量更是高达1000W，隔离度大于15dB，损耗小于0.6dB。0.8－1.4GHz大功率环形器11、1.4－2.5GHz大功率环形器12与0.8－1.4GHz大功率负载13、1.4－2.5GHz大功率负载14，解决了微放电功率加载系统在进行微波器件大功率微放电测试验证的过程中，不会因为器件产生微放电，形成功率全反射，从而损坏功率放大器的芯片的技术问题。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。