УСТРОЙСТВО ЛИНЕЙНОГО УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ ДКМВ ДИАПАЗОНА
LINEAR POWER AMPLIFIER UNIT IN SHORTWAVE RADIO RANGE

Изобретение относится к приемопередающим радиотехническим конструкциям и может использоваться в линейных усилителях мощности диапазона ДКМВ со встроенными в корпус модулями усилителя мощности, фильтра-коммутатора, управления, защиты, преобразователя.
Из уровня техники известен широкополосный усилитель мощности, раскрытый в патенте Японии JP6336504, H03F 1/02, H03F 3/24, опубл. 06.06.2018, который состоит из модуля коммутатора, соединенного с фильтрами, модуля согласования (преобразования импеданса), модуля защиты и модуля управления на основе сигнального контроллера с возможностью внешнего управления.
Устройство выполнено на одном теплоотводящем основании, на котором расположены платы упомянутых модулей, и поэтому имеет большие поперечные габариты. Кроме того, отсутствуют электромагнитные экраны между модулями, что ухудшает помехозащищенность между электронными компонентами модулей и конструкции в целом.
Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является усилитель мощности, содержащий корпус, исполненный из основания, электропроводящего и теплоотводящего, боковой стенки и крышки, плату, выполненную диэлектрической, на одной стороне которой установлены электронные компоненты модуля усилителя мощности и фильтра-коммутатора, связанные между собой печатными токопроводящими проводниками в соответствии с их электрической принципиальной схемой, а другая сторона которой электрически связана жестким креплением с основанием, по меньшей мере один высокочастотный вход, высокочастотный выход и ввод для питания, разъем, который служит для связи с внешним модулем (см. US4001711, H03F1/00, опубл. 01.04.1977). В известном устройстве одна из сторон боковой стенки выполнена диэлектрической (поз 11, фиг. 1) и служит базой для всего корпуса, через нее выведены контакты (поз. 26, 27, 28), два из которых служат высокочастотным входом (поз. 26) и высокочастотным выходом (поз. 28), а третий (поз. 27) – вводом для питания транзистора модуля усилителя мощности. Кроме того, устройство может иметь разъем (фиг. 1, 2, поз. 37) для обеспечения электрического соединения между блоком усилителя мощности или модулем и смежным модулем в оборудовании, в котором используется усилитель.
Расположение модуля усилителя мощности и фильтров-коммутаторов на одной плате, связанной с основанием, значительно увеличивает поперечные  габариты. Кроме того, в соответствии с приведенной в US4001711 принципиальной схемой (фиг. 4) этот усилитель имеет малую линейность, невысокий КПД и узкий диапазон частот.
Решаемая изобретением задача – улучшение технико-эксплуатационных характеристик.
Технический результат, полученный при использовании изобретения, заключается в уменьшении поперечных габаритов при увеличении выполняемых функций, улучшении теплоотвода и помехозащищенности.
Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата устройство усилителя мощности содержит корпус, исполненный из основания, электропроводящего и теплоотводящего, боковой стенки и крышки, плату, выполненную диэлектрической, на одной стороне которой установлены электронные компоненты модуля усилителя мощности, связанные между собой печатными токопроводящими проводниками в соответствии с его электрической принципиальной схемой, а другая сторона которой электрически связана жестким креплением с основанием, фильтр-коммутатор, электрически связанный с модулем усилителя мощности, по меньшей мере один высокочастотный вход, высокочастотный выход и ввод для питания, разъем, который служит для связи с внешним модулем. Согласно изобретению фильтр-коммутатор выполнен на отдельной диэлектрической плате, на которой установлены его электронные компоненты в соответствии с его принципиальной схемой. Введены модуль управления, модуль преобразователя, модуль защиты, расположенные на отдельных диэлектрических платах с электронными компонентами в соответствии с их принципиальными схемами. Боковая стенка корпуса выполнена в виде отдельных наружных частей корпусов упомянутых модулей из алюминиевого сплава, служащих для внешнего экранирования упомянутых модулей и выполненных в форме корпусов модулей подобных прямоугольному параллелепипеду. Нижняя сторона диэлектрической платы модуля преобразователя связана жестким креплением с основанием корпуса, а часть боковой стенки корпуса модуля преобразователя расположена смежно к обращенной к ней части боковой стенки корпуса модуля усилителя мощности. Электронные компоненты модуля преобразователя связаны с электронными компонентами модуля усилителя мощности посредством первого отрезка высокочастотного кабеля в соответствии со схемой подсоединения. Над диэлектрической платой модуля преобразователя расположена плоская прокладка, выполненная из теплоотводящего диэлектрического материала и контактирующая с раздельной частью экрана, выполненного в форме подобной прямоугольному параллелепипеду и дополняющего по высоте боковую стенку корпуса модуля преобразователя до высоты боковой стенки корпуса модуля усилителя мощности. Отдельные куски теплоотводящего диэлектрического материала также расположены внутри корпуса модуля усилителя мощности для отвода тепла от его электронных компонентов. Сверху на боковых стенках корпусов модуля усилителя мощности и раздельной частью экрана расположены плоские прокладки из теплоотводящего материала. Плата модуля защиты и плата модуля управления расположены по высоте друг за другом над корпусом модуля преобразователя внутри экрана, выполненного в форме, подобной прямоугольному параллелепипеду, и образующего часть боковой стенки корпуса, и их электронные компоненты связаны в соответствии с их схемой подсоединения. Над модулем управления установлен плоскообразный экран; другую, смежно расположенную часть боковой стенки корпуса относительно части боковой стенки экрана корпуса плат модулей управления и модуля защиты образует вставка, выполненная в форме, подобной прямоугольному параллелепипеду, полая и равная по высоте боковой стенке экрана корпуса плат модулей управления и модуля защиты. Внутри полости упомянутой вставки расположены высокочастотный вход, высокочастотный выход и ввод для питания усилителя мощности, которые выполнены из отрезков коаксиального кабеля, выходящими из корпуса и снабженных на своих концах коаксиальными разъемами. Электронные компоненты модуля управления связаны с одним из отрезков коаксиального кабеля вставки посредством второго отрезка высокочастотного кабеля в соответствии со схемой подсоединения. Внутри вставки над отрезками коаксиальных кабелей установлен реброобразный экран, над которым установлена отдельная диэлектрическая плата фильтра-коммутатора, над которой под крышкой расположена гофрированная прокладка из теплоотводящего материала.
Возможен дополнительный вариант выполнения устройства, в котором целесообразно, чтобы разъем был выполнен в виде трех отдельных разъемов, установленных с наружной стороны  крышки, один из которых служит для питания премовозбудителя, второй разъем – для управления усилителем мощности, а третий разъем – для наладки и тестирования.
Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются с помощью варианта его выполнения со ссылками на фигуры.
На фиг. 1 представлено заявленное устройство усилителя мощности для наглядности в частично разобранном виде.
На фиг. 2 приведен общий внешний вид устройства усилителя мощности.
На фиг. 3 приведен фрагмент фиг. 2, выводы отрезков кабелей.
Перечень позиций на фиг. 1:
1 – крышка;
2 – гофрированная прокладка;
3 – прокладка Намакон;
4 – диэлектрическая плата фильтра-коммутатора;
5 – реброобразный экран;
6 – вставка;
7 – второй отрезок высокочастотного (ВЧ) кабеля;
8 – экран;
9 – плоская прокладка;
10 – отдельные куски теплоотводящего диэлектрического материала;
11 – корпус модуля усилителя мощности;
12 – плата модуля усилителя мощности;
13 – отдельные куски прокладки Намакон;
14 – отрезки коаксиального кабеля с коаксиальными разъемами;
15 – плоскообразный экран;
16 – плата модуля управления;
17 – плата модуля защиты;
18 – плоская прокладка;
19 – экран;
20 – корпус модуля преобразователя:
21 – плоская прокладка;
22 – первый отрезок ВЧ кабеля;
23 – диэлектрическая плата модуля преобразователя;
24 – основание.
Перечень позиций на фиг. 2:
25 – разъем питания приемовозбудителя;
14, 26, 27, 28 – отрезки кабелей ВЧ;
29 – отрезок коаксиального кабеля питания усилителя мощности ЛУМ ДКМВ;
30 – разъем управления;
31 – разъем наладки и тестирования;
32 – корпус.
Перечень позиций на фиг. 3:
33 – кольцевые резиновые кабельные вводы.
Устройство усилителя мощности (фиг. 1, 2) содержит корпус 32, исполненный из основания 24 (фиг. 1), электропроводящего и теплоотводящего, боковой стенки и крышки 1. Плата 12 выполнена диэлектрической. На одной стороне платы 12 установлены электронные компоненты модуля усилителя мощности, связанные между собой печатными токопроводящими проводниками в соответствии с его электрической принципиальной схемой. Другая сторона платы 12 электрически связана жестким креплением с основанием 24. Фильтр-коммутатор собран на плате и электрически связан с модулем усилителя мощности. Устройство имеет по меньшей мере один высокочастотный вход, высокочастотный выход, ввод для питания и разъем, который служит для связи с внешним модулем. Фильтр-коммутатор выполнен на отдельной диэлектрической плате 4, на которой установлены его электронные компоненты в соответствии с его принципиальной схемой. Введены модуль управления, модуль преобразователя, модуль защиты, расположенные на отдельных диэлектрических платах с электронными компонентами в соответствии с их принципиальными схемами. Боковая стенка корпуса 32 выполнена в виде отдельных наружных частей корпусов упомянутых модулей из алюминиевого сплава, служащих для внешнего экранирования упомянутых модулей и выполненных в форме корпусов модулей подобных прямоугольному параллелепипеду. Нижняя сторона диэлектрической платы 23 модуля преобразователя связана жестким креплением с основанием 24 корпуса 32. Часть боковой стенки корпуса 20 модуля преобразователя расположена смежно к обращенной к ней части боковой стенки корпуса 11 модуля усилителя мощности. Электронные компоненты модуля преобразователя связаны с электронными компонентами модуля усилителя  мощности посредством первого отрезка 22 высокочастотного кабеля в соответствии со схемой подсоединения. Над диэлектрической платой 23 модуля преобразователя расположена плоская прокладка 21, выполненная из теплоотводящего диэлектрического материала и контактирующая с раздельной частью экрана 19, выполненного в форме подобной прямоугольному параллелепипеду и дополняющего по высоте боковую стенку корпуса 20 модуля преобразователя до высоты боковой стенки корпуса 11 модуля усилителя мощности. Отдельные куски 10 теплоотводящего диэлектрического материала также расположены внутри корпуса 11 модуля усилителя мощности для отвода тепла от его электронных компонентов. Сверху на боковых стенках корпусов 11 модуля усилителя мощности и раздельной части экрана 19 расположены плоские прокладки 9, 18 из теплоотводящего материала. Плата 17 модуля защиты и плата 16 модуля управления расположены по высоте друг за другом над корпусом 20 модуля преобразователя внутри экрана 8, выполненного в форме, подобной прямоугольному параллелепипеду и образующего часть боковой стенки корпуса 32, а их электронные компоненты связаны в соответствии с их схемой подсоединения. Над модулем управления установлен по существу плоский, или плоскообразный, экран 15. Другую, смежно расположенную часть боковой стенки корпуса 32 относительно части боковой стенки экрана 8 корпуса плат модулей управления и модуля защиты образует вставка 6, выполненная в форме, подобной прямоугольному параллелепипеду, полая и равная по высоте боковой стенке экрана 8 корпуса плат модулей управления и модуля защиты. Внутри полости упомянутой вставки 6 расположены высокочастотный вход, высокочастотный выход и ввод для питания усилителя мощности, которые выполнены из отрезков коаксиального кабеля, выходящими из корпуса 32 и снабженных на своих концах коаксиальными разъемами. Электронные компоненты модуля управления связаны с одним из отрезков коаксиального кабеля 14 вставки 6 посредством второго отрезка 7 высокочастотного кабеля в соответствии со схемой подсоединения. Внутри вставки 6 над отрезками 14 коаксиальных кабелей установлен реброобразный экран 5. Над реброобразным экраном 5 установлена отдельная диэлектрическая плата 4 фильтра-коммутатора, над которой под крышкой 1 расположена гофрированная прокладка 2 из теплоотводящего материала.
Кроме того, упомянутый разъем (фиг. 2) может быть выполнен в виде трех отдельных разъемов 25, 30, 31, установленных с наружной стороны  крышки 1. Один разъем 25 служит для питания премовозбудителя, второй разъем 30 – для управления усилителем мощности, а третий разъем 31 – для наладки и тестирования.
На фиг. 3 показаны кольцевые резиновые кабельные вводы 33, которые служат для предотвращения перетирания кабелей в местах их выхода из стенок.
Работает устройство усилителя мощности (фиг. 1) следующим образом.
По кабелю 26 на вход модуля усилителя мощности подается входной сигнал, который усиливается данным модулем. Данный модуль расположен непосредственно на теплоотводящем основании 24, для того чтобы обеспечить максимально эффективный отвод тепла от двух выходных транзисторов усилителя мощности, на каждом из которых может выделяться тепловая мощность до 100 Вт и более.
С выхода усилителя мощности сигнал поступает на вход модуля фильтра-коммутатора, который расположен в отдельном отсеке над отсеком усилителя мощности. В фильтре-коммутаторе расположены диапазонные фильтры, предназначенные для подавления гармонических составляющих выходного сигнала усилителя мощности и переключаемые в зависимости от рабочей частоты, причем для охлаждения катушек индуктивности диапазонных фильтров применяются теплопроводящие гофрированные прокладки 2, установленные таким образом, чтобы тепло от катушек отводилось на крышку 1 отсека, в котором установлен модуль фильтра-коммутатора. Кроме того, в модуле фильтра-коммутатора осуществляется коммутация приемного и передающего тракта на разъемы (к ним подходят отрезки кабелей ВЧ 28), которые предназначены для подключения основной и дополнительной антенн. Также в данном модуле расположен направленный ответвитель, который служит для определения величины прямой и обратной волны в цепи основной антенны.
Модуль защиты предназначен для того, чтобы защищать входные цепи питания ЛУМ ДКМВ и приемовозбудителя от выхода напряжения питания за границы предельных значений и защиты в случае подачи напряжения питания обратной полярности. Кроме того, модуль защиты осуществляет защиту от превышения потребляемого тока и осуществляет функцию включения/выключения ЛУМ ДКМВ.
Модуль преобразователя служит для обеспечения всех модулей ЛУМ ДКМВ электропитанием с требуемыми параметрами и расположен таким образом, чтобы модульный преобразователь с выходной мощностью до 400 Вт, питающий цепи с самым большим энергопотреблением, крепился на теплоотводящем основании 24 для обеспечения требуемого теплового режима.
Модуль управления служит для подачи сигналов управления на модули усилителя мощности и фильтра коммутатора в зависимости от команд, приходящих от приемовозбудителя, а также контроля и измерения напряжений питания, токов потребления, значений прямой и отраженной волны поступающих от направленного ответвителя. Кроме того, модуль управления на основе значения прямой и обратной волны вычисляет КСВ (коэффициент стоячей волны), который используется для отключения ЛУМ ДКМВ в случае возникновения аварийной ситуации в передающем тракте.
Все экраны выполнены из алюминиевого сплава со специальным гальваническим покрытием.
Для обеспечения максимально допустимого теплового режима между электронными компонентами и элементами корпуса 32 применяются эластичные теплопроводящие диэлектрические прокладки из материала «НОМАКОН».
Кабели 14, 26, 27 служат для подключения ЛУМ ДКМВ к приемовозбудителю и предназначены соответственно для передачи сигнала прямой волны от направленного ответвителя для обеспечения работы линеаризатора, подачи сигнала от приемовозбудителя на вход ЛУМ ДКМВ и передачи принимаемого сигнала в приемовозбудитель. Разъемы 28 служат для подключения основной и дополнительной антенн. Кабель 29 служит для подключения питания ЛУМ ДКМВ. Кабель 25 служит для подачи питания на приемовозбудитель. Разъем 30 предназначен для подключения кабеля управления от приемовозбудителя.
За счет соответствующего экранирования и дополнительного теплоотвода всех перечисленных модулей и описанного выше их расположения удается уменьшить поперечные габариты при увеличении выполняемых функций, улучшить теплоотвод и помехозащищенность. Как показали испытания, устройство обеспечивает диапазон рабочих частот от 1,5 до 30 МГц и коэффициент усиления не менее 30 дБ.
Заявленное устройство входит в состав блока приемопередатчика и крепится к корпусу приемопередатчика через основание 24. Основание 24 выполнено из медного сплава для дополнительного отвода тепла от электронных компонентов и корпусных деталей.
Наиболее успешно заявленное устройство усилителя мощности промышленно применимо для использования в приемопередающих устройствах диапазона ДКМВ.