一种低轨卫星终端通信功率放大器结构的制作方法

1.本发明涉及低轨卫星终端通信技术领域，特别是一种ku或ka频段内的低轨卫星终端通信功率放大器结构。


背景技术：

2.低轨卫星通信系统具有带宽大、低延时、可全球覆盖等优点，因其传输信号频段多处于ka或ku波段，频率较高,所以相应的卫星通信终端可以实现小型化、便携化设计，以提高其市场竞争力。相应配套的射频信号放大器作为卫星通信终端的必要组成装置，其体积大小、性能优劣等参数直接影响终端的体积及性能，因此设计一种通用的小体积大功率的射频信号放大器十分必要。
3.目前市面上适用于该领域的产品较少，目前可查到“机箱、功率放大器及通信设备”是一种类似发明，该发明中采用接触传导的散热方式，热传导效率不高；其次没有进行模块化设计，可维修替换性差；再有散热装置未考虑散热齿形状的优化，还有射频电路板与供电电路板之间的电磁隔离不够可靠。其他相关产品具有也存在诸多缺点，典型来说：一方面功率大的体积较大，且定制产品，通用性及维护性不好；另一方面因功率大，多采用水冷散热，导致整机功耗进一步增大，散热效率较低。
4.鉴于上述内容，本发明综合各方面的技术，发明了一种小型的应用于低轨卫星终端通信用的功率放大器结构，其有效工作功率为10w左右，相应的热耗为60w左右。


技术实现要素：

5.本发明目的在于提供一种ku或ka频段内的低轨卫星终端通信功率放大器结构，解决了现有的功率放大器存在的上述技术问题。
6.本发明提供了一种低轨卫星终端通信功率放大器结构，包括彼此独立设置能够相互组合和拆分的多个功能模块，分别为：
7.射频放大器模块：内部布置有射频功率芯片和滤波器件，实现对射频信号能量的放大；
8.供电控制模块：安装在所述射频放大器模块下方，并与所述射频放大器模块和散热系统模块均电性连接，实现对射频放大器和散热系统的供电和控制；
9.散热系统模块：安装在所述射频放大器模块顶部，实现对所述射频放大器模块中的发热器件的主被动散热；
10.所述射频放大器模块、所述供电控制模块和所述散热系统模块之间通过螺钉连接组合成长方体形功率放大器结构。
11.作为本发明的进一步改进，所述射频放大器模块包括射频封装壳体，所述射频封装壳体为分层结构，上层层叠设置有射频电路板a、吸波材料、上盖和封装盖；下层层叠设置有射频电路板b和下盖；所述射频电路板a和所述射频电路板b之间通过金属结构隔开；还包括设置在所述射频封装壳体相对两侧侧壁上的标准接口。
12.作为本发明的进一步改进，所述射频封装壳体顶部对应于所述射频电路板a上凸出的功率芯片位置开设有契合的凹槽，并通过钎焊工艺填充在功率芯片与对应的凹槽之间的缝隙中，实现良好的热传导结构。
13.作为本发明的进一步改进，所述封装盖与所述射频封装壳体之间通过激光焊接工艺实现射频封装壳体上层腔体的密封。
14.作为本发明的进一步改进，所述供电控制模块包括供电控制壳体，所述供电控制壳体内安装有供电控制电路板，所述供电控制壳体顶部和底部分别盖设有供电壳上盖和供电壳下盖；还包括可拆卸安装在所述供电控制壳体侧部并与所述供电控制电路板电性连接的供电控制接口工装、可插拔的安装在所述供电控制接口工装上的供电控制接口；还包括穿设在所述供电控制壳体上的穿心电容，所述穿心电容一端延伸到所述供电控制壳体内与所述供电控制电路板电性连接，另一端延伸到所述供电控制壳体外与所述散热系统模块中的散热风扇电性连接。
15.作为本发明的进一步改进，所述供电控制接口工装数量为多个，每个所述供电控制接口工装上的供电接头型号不同。
16.作为本发明的进一步改进，所述散热系统模块包括散热结构件、散热风扇、散热盖；所述射频放大器模块水平方向上的宽度小于所述供电控制模块的宽度；所述散热结构件呈l型设置，一端压盖在所述射频放大器模块顶部，另一端压盖在所述供电控制模块顶部，以将所述射频放大器模块包覆在内；所述散热盖封盖在所述散热结构件的外露敞口侧，以在所述散热结构件内形成散热风道，所述散热风扇安装在所述散热结构件上正对所述散热风道位置，以向所述散热风道内吹风进行主动散热。
17.作为本发明的进一步改进，所述散热结构件内对应于所述散热风道位置设置有多个散热齿，相邻两个所述散热齿的齿间距和所述散热齿的厚度之间的比值为接近3。
18.作为本发明的进一步改进，所述散热齿的齿间距为3.5mm，所述散热齿的厚度为1.2mm。
19.作为本发明的进一步改进，所述散热风扇安装在所述散热结构件远离所述射频放大器模块的一端。
20.本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
21.本发明提供的低轨卫星终端通信功率放大器结构，将射频放大器模块、供电控制模块与散热系统模块分模块设计，彼此之间独立，并能相互连接或拆分，不仅解决了维修困难、互换性不好的问题，而且适合大批量生产。
附图说明
22.图1是本发明低轨卫星终端通信功率放大器结构的结构示意图；
23.图2是本发明低轨卫星终端通信功率放大器结构中射频放大器模块的结构示意图；
24.图3是本发明低轨卫星终端通信功率放大器结构中射频放大器模块的爆炸结构图；
25.图4是本发明低轨卫星终端通信功率放大器结构中供电控制模块的结构示意图；
26.图5是本发明低轨卫星终端通信功率放大器结构中供电控制模块的爆炸结构图；
27.图6是本发明低轨卫星终端通信功率放大器结构中散热系统模块的结构示意图；
28.图7是本发明低轨卫星终端通信功率放大器结构中散热系统模块的爆炸结构图。
29.其中：1、封装盖；2、上盖；3、吸波材料；4、射频电路板a；5、标准接口；6、射频封装壳体；7、射频电路板b；8、下盖；9、供电壳上盖；10、供电控制电路板；11、供电控制壳体；12、供电控制接口工装；13、供电控制接口；14、穿心电容；15、供电壳下盖；16、散热盖a；17、散热结构件；18、散热盖b；19、散热风扇。
具体实施方式
30.在下文中将参考附图更充分地描述示例实施例，但是所述示例实施例可以以不同形式来体现且不应当被理解为限于本文阐述的实施例。反之，提供这些实施例的目的在于使本发明透彻且完整，并将使本领域技术人员充分理解本发明的范围。
31.在不冲突的情况下，本发明实施例及实施例中的各特征可相互组合。
32.如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列举条目的任何和所有组合。
33.在本文所使用的术语仅用于描述特定实施例，且不意欲限制本发明。本发明所使用的，单数形式“一个”和“该”也意欲包括复数形式，除非上下文另外清楚指出。还将理解的是，当本说明书中使用术语“包括”和/或“由......制成”时，制定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。
34.除非另外限定，否则本文所用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与本领域普通技术人员通常理解的含义相同。还将理解，诸如那些在常用字典中限定的那些术语应当被理解为具有与其在相关技术以及本发明的背景下的含义一致的含义，且将不理解为具有理想化或过度形式上的含义，除非本文明确如此限定。
35.实施例1
36.为了实现低轨卫星终端通信功率放大器结构中部件损坏后维修困难，替换性不好的问题，本发明实施例提供一种低轨卫星终端通信功率放大器结构。为使本领域的技术人员更好的理解技术方案，下面结合附图对本发明提供的一种低轨卫星终端通信功率放大器结构进行详细描述。
37.如图1所示，本发明提供了一种低轨卫星终端通信功率放大器结构，整机大小仅为65mm
×
58mm
×
140mm左右，包括彼此独立设置且能够相互组合和拆分的多个功能模块，每个功能模块实现的功能不同，具体的，多个功能模块分别为：
38.射频放大器模块：内部布置有射频功率芯片和滤波器件，实现对射频信号能量的放大，并对功率芯片导热、高频信号屏蔽等功能；
39.供电控制模块：安装在射频放大器模块下方，并与射频放大器模块和散热系统模块均电性连接，实现对射频放大器和散热系统的供电和控制；
40.散热系统模块：安装在射频放大器模块顶部，实现对射频放大器模块中的发热器件的主被动散热；
41.射频放大器模块、供电控制模块和散热系统模块之间通过螺钉连接组合成长方体形功率放大器结构。
42.本发明提供的低轨卫星终端通信功率放大器结构，将射频放大器模块、供电控制
模块与散热系统模块分模块设计，彼此之间独立，并能相互连接或拆分，不仅解决了维修困难、互换性不好的问题，而且适合大批量生产。
43.实施例2
44.如图2和图3所示，在本实施例中，射频放大器模块包括射频封装壳体6，射频封装壳体6内部具有容纳腔，在容纳腔内设置有金属结构从而使得射频封装壳体6形成分层结构，该金属结构采用能够屏蔽电磁信号的金属材料制成；当然，金属结构可以与射频封装壳体6为分体结构，独立设置，也可以采用与射频封装壳体6为一体结构，二者材料相同；在射频封装壳体6上层的空腔内层叠设置有射频电路板a4、吸波材料3、上盖2和封装盖1，吸波材料3覆盖在射频电路板a4顶部，然后再将上盖2装在吸波材料3上方，通过螺钉将上盖2固定，且射频电路板a4、吸波材料3和上盖2均位于射频封装壳体6上层的空腔内；最后，将封装盖1设置在上层空腔顶部，并与射频封装壳体6顶沿密封式固定连接，具体的，封装盖1与射频封装壳体6之间通过激光焊接工艺实现射频封装壳体6与封装盖1的焊接密封，从而实现上层腔体的密封。
45.本发明射频封装壳体6上层的结构设计了吸波材料3、上盖2、封装盖1的叠层结构，将射频电路板a4保护起来，结合激光焊接工艺实现射频封装壳体6上层腔体的密封，有效防止射频信号泄露，实现完美的电磁屏蔽。
46.射频封装壳体6下层的空腔内层叠设置有射频电路板b7和下盖8，射频电路板b主要是给射频电路板a供电和控制，装在射频封装壳体6下侧，通过螺钉将下盖8固定。射频电路板a4和射频电路板b7之间通过金属结构隔开；还包括设置在射频封装壳体6相对两侧侧壁上的标准接口5，具体的为sma-k，两个标准接口5分别为射频入口和射频出口，射频封装壳体6的射频信号出入两侧有标准sma-k接头，在射频入口侧壳体上刻字有“ifi clk”，在射频出口侧壳体上刻字“rfo”；射频封装壳体6设计有与其他模块连接的法兰结构及固定螺纹孔。本发明通过将射频放大器模块进行上下层设计，用金属结构将射频电路板a4与射频电路板b7分开，设计解决了不同功能电路之间的电磁干扰问题，能够很好的实现电磁屏蔽。
47.更进一步的，为了提高导热效果，方便发热芯片热量的传导，射频封装壳体6顶部对应于射频电路板a4上凸出的功率芯片位置开设有契合的凹槽，并通过钎焊工艺填充在功率芯片与对应的凹槽之间的缝隙中，实现良好的热传导结构。
48.在此需要说明的是，射频电路板a上主要器件有射频功率芯片和滤波器件等，其中，射频功率芯片为系统主要发热器件。射频电路板a实现信号滤波、放大、控制等功能，射频电路板a装在射频封装壳体6上侧，射频电路板a上功放芯片等元器件朝下。
49.本发明提供的低轨卫星终端通信功率放大器结构的进一步实施方案中，在射频封装壳体6上设计与射频放大模块中射频电路板a上凸起的元器件尤其是功率芯片位置设计契合的凹槽，并通过钎焊工艺填充功率芯片与对应凹槽之间的缝隙，此工艺可以实现发热的功率芯片的热量高效的传导到射频封装壳体6上，并进一步传导到散热系统模块，此设计解决了发热器件导热难题，提高了热传导效率，实现更有效的散热。
50.实施例3
51.如图4和图5所示，在本实施例中，供电控制模块包括供电控制壳体11，供电控制壳体11内安装有供电控制电路板10，供电控制壳体11顶部和底部分别盖设有供电壳上盖9和供电壳下盖15；还包括可拆卸安装在供电控制壳体11侧部并与供电控制电路板10电性连接
的供电控制接口工装12、可插拔的安装在供电控制接口工装12上的供电控制接口13；还包括穿设在供电控制壳体11上的穿心电容14，穿心电容14数量为两个，并排设置，穿心电容14一端延伸到供电控制壳体11内与供电控制电路板10电性连接，另一端延伸到供电控制壳体11外用于与散热系统模块中的散热风扇19电性连接。
52.供电控制电路板10上主要有电源芯片、温度传感器等器件。供电控制电路板10实现直流供电电压的转换，并给射频放大器模块和散热系统模块的散热风扇19供电，供电控制电路板10装在供电控制壳体11上，供电控壳上盖9使用螺钉固定在供电控制电路板10上方，螺钉与供电控制壳体11连接；供电壳下盖18与供电控制壳体11使用螺钉连接；该供电控制模块还设计了供电控制接口工装12，供电控制接口工装12通过螺钉连接在供电控制壳体11上，方便更换，在其尺寸范围内可以更换不同型号的供电控制接口13，本方案中使用的供电控制接口13是j30j-15zk；为方便给散热系统模块中的散热风扇19供电，在供电控制壳体11上预留两个m2.5螺纹孔，安装m2.5规格的穿心电容14，穿心电容14在供电控制壳体11内侧一端连接供电控制电路板10，供电控制壳体11外侧一端连接散热系统模块中的散热风扇19。
53.本发明的供电控制模块通过提供两个穿心电容14的供电结构，此结构的设计解决了散热系统模块中散热风扇19供电的难题时，因为分模块的设计最重要的是每个装配时可以独立进行，此结构保证了散热系统模块风扇供电。
54.具体的，为了方便，提高放大器结构的适用性，供电控制接口工装12数量为多个，每个供电控制接口工装12上的供电接头型号不同，从而便于在供电控制接口13类型发生改变时，能够通过更换供电控制接口工装12以适用于新的供电控制接口13。
55.本发明供电控制模块通过设计供电控制接口工装12，方便使用者在使用不同的供电控制接口13时，直接更换供电控制接口工装12即可进行更换。
56.实施例4
57.如图6和图7所示，在本实施例中，散热系统模块包括散热结构件17、散热风扇19、散热盖；射频放大器模块水平方向上的宽度小于供电控制模块的宽度，从而在射频放大器模块安装到供电控制模块顶部时，形成台阶结构；散热结构件17呈l型设置，正好压盖在台阶结构处，散热结构件17的一端也就是一个自由端压盖在射频放大器模块顶部，另一端也就是另一个自由端压盖在供电控制模块顶部，以将射频放大器模块包覆在内，采用此种结构设置，增大了散热系统模块与射频放大器模块的接触面积，增加热量传导面积，增大传导效率，提高散热效率，有利于射频放大器模块的散热；散热结构件采用l型设计，；散热盖封盖在散热结构件17的外露敞口侧，以在散热结构件17内形成散热风道；具体的，在本实施例中，由于散热结构件17一个侧面与其他部件贴合设置，并不外露于外部环境，所以，在本实施中，仅在散热结构件17的顶面和前侧面这两个外露面上设置散热盖，分别为散热盖a19和散热盖b18，由此，在散热结构件17的四周均形成封闭结构，在散热结构件17内形成两端敞口的散热风道；散热风扇19安装在散热结构件17上正对散热风道位置，也就是散热风道其中一个敞口端，以向散热风道19内吹风，利用气流流动将散热风道19内散热齿上的热量带走，从另一个敞口端排出，进行主动散热，保证了散热效率。
58.在此需要说明的是，散热系统模块中的被动散热是指散热系统模块与射频放大器模块的接触连接时的热传导式散热。
59.进一步的，如图7所示，散热结构件17内对应于散热风道位置设置有多个散热齿，相邻两个散热齿的齿间距和散热齿的厚度之间的比值为接近3，此处需要说明的是，接近3是指比值为3左右，可以稍大于3，也可以稍小于3。
60.本发明中散热结构件的散热齿结构是经过热力学理论和流体力学理论优化设计的，优化参数为散热齿厚度1.2mm，散热齿间距为3.5mm，或散热齿间距与散热齿厚度的比值为接近3的值，通过散热齿结构的优化设计，可实现同样重量下更高效率的散热，计算表明散热齿优化后比优化前，系统温度降低了12℃，保证在环境温度25℃条件下，整机温度在65℃以下。
61.作为本发明的一种可选实施方式，散热齿的齿间距为3.5mm，散热齿的厚度为1.2mm。
62.为了避免功率芯片发热时对其他部件的影响，散热风扇19安装在散热结构件17远离射频放大器模块的一端，也就是压设在供电控制模块顶部的一端。
63.进一步的，散热风扇19规格的选择是根据整机热耗计算所需风量，经过计算后，本实施例选用3.6w的轴流风扇，安装在散热结构件17上，采用吹风方式，安装部位为远离主热源也就是功率芯片一端，此设计可防止热源产生的热量对其他部位造成损坏。
64.本文已经公开了示例实施例，并且虽然采用了具体术语，但它们仅用于并仅应当被解释为一般说明性含义，并且不用于限制的目的。在一些实施例中，对本领域技术人员显而易见的是，除非另外明确指出，否则可单独使用与特定实施例相结合描述的特征、特征和/或元素，或可与其他实施例相结合描述的特征、特征和/或元件组合使用。因此，本领域技术人员将理解，在不脱离由所附的权利要求阐述的本发明的范围的情况下，可进行各种形式和细节上的改变。