一种集成液冷流道的波导功率分配与合成结构及方法技术

本发明专利技术公开了一种集成液冷流道的波导功率分配与合成结构和方法，电路部分包括功率分配器、波导转向过渡、固态功放芯片和功率合成器；机械部分包括第一组装件、第二组装件和第三组装件，第二组装件设置在第一组装件和第三组装件之间，其中，第二组装件上设置液冷流道，且在液冷流道内安装散热翅片；第一组装件上设置与液冷流道连通的液冷流道入口和液冷流道出口；第三组装件上设置用于安装功率分配器和合成器的安装槽；固态功放芯片设置在第一组装件的芯片安装位上。本发明专利技术提供的波导功率分配与合成网络通过三片式腔体结构设计，优点：1)空间利用率高：2)不需外部单独散热装置；3)减少装配复杂度；4)可进行两路、四路、八路、十六路扩展。

Structure and method of waveguide power distribution and synthesis with integrated liquid cooling channel

The invention discloses a waveguide power distribution and synthesis structure and method of integrated liquid cooling channel, the circuit part includes a power distributor, a waveguide steering transition, a solid-state power amplifier chip and a power synthesizer; the mechanical part includes a first assembly part, a second assembly part and a third assembly part, the second assembly part is arranged between the first assembly part and the third assembly part, wherein the second assembly part The first assembly part is provided with an inlet of the liquid cooling channel and an outlet of the liquid cooling channel connected with the liquid cooling channel; the third assembly part is provided with an installation slot for installing the power distributor and synthesizer; the solid-state power amplifier chip is arranged on the chip installation position of the first assembly part. The waveguide power distribution and synthesis network provided by the invention is designed through a three piece cavity structure, with the advantages of: 1) high space utilization rate; 2) no need for external separate heat dissipation device; 3) reduction of assembly complexity; 4) expansion of two-way, four-way, eight way and sixteen way.

【技术实现步骤摘要】
一种集成液冷流道的波导功率分配与合成结构及方法
本专利技术涉及一种应用于功率放大器中的功率分配与合成结构及方法，具体涉及基于矩形波导的功率分配与合成网络。
技术介绍
在现有雷达、通信等电子设备中，需要用到大功率输出的功率放大器，以便于增加作用距离或增强干扰能力等。传统真空功率器件如行波管等虽然可以提供大功率输出，但其存在可靠性低，需数千或上万伏供电电压等缺点。相对的，固态功放器件虽然单个芯片输出功率较低，但具有可靠性高，工作电压低等优点，成为功率放大器的主要发展方向。因此，将多个固态功放芯片进行等幅同相的功率合成技术变得非常重要。在毫米波频段，当前典型的技术是基于矩形波导的功率分配与合成网络。通过多路功率分配网络将信号进行多路分配，每一路信号经过芯片的放大，再通过多路功率合成网络进行合成，因此，其基本架构为“功率分配器—放大芯片—功率合成器”。对于功率放大器，除电路设计外，散热设计也是至关重要的一环，当前典型的技术是在上述基本架构外部增加散热装置，如风冷翅片或液冷流道。上述结构如图1所示，这样会不可避免的增加设备体积和重量，不利于提高集成度和小型化。专利CN108091970A中公开的一种Ka波段宽带大功率放大器，即为“功率分配器—放大芯片—功率合成器”架构，各部分接口之间使用螺钉连接，装配环节较多，且其自身不包含散热装置，需外部添加。专利CN208208950U中公开的一种E波段波导E—T分支和多探针耦合结构功率合成放大器，在[0020]描述，需外部安装散热片或采取其他散热措施。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种在同等功率合成规模条件下提高空间利用率，缩小设备体积的波导功率分配与合成结构及方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种集成液冷流道的波导功率分配与合成结构，包括电路部分和机械部分；电路部分包括功率分配器、波导转向过渡、固态功放芯片和功率合成器；机械部分包括第一组装件、第二组装件和第三组装件，第二组装件设置在第一组装件和第三组装件之间，其中，第二组装件上设置液冷流道，且在液冷流道内安装散热翅片；第一组装件上设置与液冷流道连通的液冷流道入口和液冷流道出口；第三组装件上设置用于安装功率分配器和合成器的安装槽，并在第三组装件的侧边设置输入位置和输出位置；固态功放芯片设置在第一组装件的芯片安装位上，芯片安装位的两侧设置第一波导转向过渡孔和第二波导转向过渡孔，波导转向过渡包括第一波导转向过渡段和第二波导转向过渡段，第一波导转向过渡段的两端分别连接功率分配器和第一波导转向过渡输出波导，第二波导转向过渡段的两端分别连接第二波导转向过渡输入波导和功率合成器，第一波导转向过渡输出波导穿出第一波导转向过渡孔后与固态功放芯片连接，第二波导转向过渡输入波导与固态功放芯片连接并穿入第二波导转向过渡孔与第二波导转向过渡段连接。作为优选方式，液冷流道为U形，液冷流道的两端部分别对应液冷流道入口和液冷流道出口，液冷流道入口和液冷流道出口设置在第一组装件的一侧。作为优选方式，芯片安装位设置在第一组装件的中部。作为优选方式，第一组装件的中部设置安装板，安装板上设置芯片安装位，安装板与第一组装件通过螺钉固定。作为优选方式，安装板上安装固态功放芯片后，固态功放芯片的顶面不超出第一组装件的顶面。作为优选方式，第一组装件上设置一个巨型凹槽，巨型凹槽底板作为液流通道的顶板，安装板设置在巨型凹槽中。该结构主要是为了便于散热，通过减薄第一组装件的厚度，特别是液流通道顶板厚度，起到增强散热的效果。作为优选方式，液冷流道入口和液冷流道出口均设置为腰型孔。作为优选方式，第一组装件和第二组装件焊接形成一个整体，机械加工贯穿第一组装件和第二组装件整体的多个矩形波导孔(第一波导转向过渡孔和第二波导转向过渡孔)；第三组装件与所述第二组装件通过螺钉装配在一起。作为优选方式，功率分配器支路设置为一路输入波导和两路、四路、八路或十六路输出波导，功率合成器的输入波导支路与功率分配器输出波导支路一致，功率合成器设置一路输出波导；功率分配器每路输出波导或者功率合成器的每路输入波导对应设置第一波导转向过渡段、第一波导转向过渡输出波导、第二波导转向过渡段、第二波导转向过渡输入波导以及固态功放芯片。作为优选方式，安装板的个数与功率分配器支路数或者功率合成器支路数一致，且每个安装板均通过螺钉固定在第一组装件上；每个安装板上设置第一波导转向过渡孔和第二波导转向过渡孔。一种集成液冷流道的波导功率分配与合成方法，信号从输入位置进入，经过功率分配器后，经过第一波导转向过渡段从第一波导转向过渡输出波导输出，第一波导转向过渡输出波导和第二波导转向过渡输入波导之间的芯片安装处用于安装固态功放芯片；信号经固态功放芯片放大后进入第二波导转向过渡输入波导，经过第二波导转向过渡段和功率合成器后，从输出位置输出；外部冷却液由液冷流道入口流入，带走固态功放芯片的热量，由液冷流道出口流出。本专利技术的有益效果是：从以上技术方案可以看出，本专利技术提供的波导功率分配与合成网络通过三片式腔体结构(第一组装件、第二组装件和第三组装件)设计，有以下优点：1)空间利用率高：多路功率分配器、多路功率合成器、波导转向过渡的部分结构与液冷流道出入口、液冷流道、散热翅片在同一片腔体上加工成形，在三维方向上充分利用第一组装件、第二组装件和第三组装件形成的腔体空间；2)不需外部单独散热装置：由于液冷流道集成在三片式腔体结构内部，使用本专利技术进行毫米波功率放大器设计，外部不再需要增加单独的散热流道装置；3)减少装配复杂度：本专利技术的三片式腔体结构设计，减少了多路功率分配器、多路功率合成器、波导转向过渡之间的多次物理互联，避免装配误差的引入；4)可扩展：通过合理裁剪或增加功率分配器、功率合成器、液冷流道长度，使用本专利技术提供的设计方法可以将合成网路进行两路、四路、八路、十六路扩展，满足不同规模功率合成需求。附图说明图1是现有技术原理架构框图；图2是本专利技术原理框图；图3是本专利技术结构示意图；图4是图3所示结构的三片式爆炸图；图5是所述第二组装件的主视图；图6是所述第二组装件的后视图；图7是所述第二组装件的剖视图；图中，1-输入位置，2-液冷流道入口，3-液冷流道出口，4-第一波导转向过渡输出波导，5-第二波导转向过渡输入波导，6-输出位置，7-第一组装件，8-第二组装件，9-第三组装件，10-散热翅片，11-八路功率分配器，12-第一波导转向过渡段，13-第二波导转向过渡段，14-八路功率合成器，15-芯片安装位。具体实施方式下面结合附图进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。如图1所示，现有技术的波导功率分配和合成，需要依赖外部散热结构，影响整个产品或者结构的体积，因此，为了达到散热效果好，成品体积小的效果，设计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成液冷流道的波导功率分配与合成结构，其特征在于：包括电路部分和机械部分；/n电路部分包括功率分配器、波导转向过渡、固态功放芯片和功率合成器；/n机械部分包括第一组装件、第二组装件和第三组装件，第二组装件设置在第一组装件和第三组装件之间，其中，第二组装件上设置液冷流道，且在液冷流道内安装散热翅片；第一组装件上设置与液冷流道连通的液冷流道入口和液冷流道出口；第三组装件上设置用于安装功率分配器和合成器的安装槽，并在第三组装件的侧边设置输入位置和输出位置；/n固态功放芯片设置在第一组装件的芯片安装位上，芯片安装位的两侧设置第一波导转向过渡孔和第二波导转向过渡孔，波导转向过渡包括第一波导转向过渡段和第二波导转向过渡段，第一波导转向过渡段的两端分别连接功率分配器和第一波导转向过渡输出波导，第二波导转向过渡段的两端分别连接第二波导转向过渡输入波导和功率合成器，第一波导转向过渡输出波导穿出第一波导转向过渡孔后与固态功放芯片连接，第二波导转向过渡输入波导与固态功放芯片连接并穿入第二波导转向过渡孔与第二波导转向过渡段连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种集成液冷流道的波导功率分配与合成结构，其特征在于：包括电路部分和机械部分；
电路部分包括功率分配器、波导转向过渡、固态功放芯片和功率合成器；
机械部分包括第一组装件、第二组装件和第三组装件，第二组装件设置在第一组装件和第三组装件之间，其中，第二组装件上设置液冷流道，且在液冷流道内安装散热翅片；第一组装件上设置与液冷流道连通的液冷流道入口和液冷流道出口；第三组装件上设置用于安装功率分配器和合成器的安装槽，并在第三组装件的侧边设置输入位置和输出位置；
固态功放芯片设置在第一组装件的芯片安装位上，芯片安装位的两侧设置第一波导转向过渡孔和第二波导转向过渡孔，波导转向过渡包括第一波导转向过渡段和第二波导转向过渡段，第一波导转向过渡段的两端分别连接功率分配器和第一波导转向过渡输出波导，第二波导转向过渡段的两端分别连接第二波导转向过渡输入波导和功率合成器，第一波导转向过渡输出波导穿出第一波导转向过渡孔后与固态功放芯片连接，第二波导转向过渡输入波导与固态功放芯片连接并穿入第二波导转向过渡孔与第二波导转向过渡段连接。


2.根据权利要求1所述的一种集成液冷流道的波导功率分配与合成结构，其特征在于：液冷流道为U形，液冷流道的两端部分别对应液冷流道入口和液冷流道出口，液冷流道入口和液冷流道出口设置在第一组装件的一侧。


3.根据权利要求1所述的一种集成液冷流道的波导功率分配与合成结构，其特征在于：芯片安装位设置在第一组装件的中部。


4.根据权利要求3所述的一种集成液冷流道的波导功率分配与合成结构，其特征在于：第一组装件的中部设置安装板，安装板上设置芯片安装位，安装板与第一组装件通过螺钉固定。


5.根据权利要求4所述的一种集成液冷流道的波导功率分配与合成结构，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张人天，胡春江，罗嘉，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十九研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51