УСТРОЙСТВО УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ СО ВСТРОЕННЫМ В КОРПУС БЛОКОМ ПИТАНИЯ
POWER AMPLIFIER DEVICE WITH BUILT-IN POWER SUPPLY UNIT

Изобретение относится к приемопередающим радиотехническим конструкциям и может использоваться в линейных усилителях мощности диапазона ДМВ2 со встроенным в корпус блоком питания.
В архитектуре IBM PC в области малогабаритных встраиваемых компьютеров и контроллеров в стандартах PC/104 широко используются платы, соединяемые на стойках в виде этажерки, или могут использоваться платы как высокоинтегрированные компоненты, вставляемые в более крупные платы, предназначенные специально для конкретных приложений, например, в которых компоненты источника питания размещаются на одной плате смежно с процессорной платой и платами расширения PC/104 (журнал «Современные технологии автоматизации». 1966 г. СТА-ПРЕСС. Сергей Сорокин, «MICRO PC и PC 104: ДВА ПОДХОДА», рис. 3, 4, 5).
В известных устройствах платы крепятся между собой на стойках одинаковой длины.
Преимуществом такого подхода является уменьшение габаритов.
Однако такую техническую архитектуру без ее дополнительного усовершенствования нельзя использовать в усилителях мощности диапазона ДМВ2, поскольку линейный усилитель мощности требует обеспечения значительно большего теплоотвода, чем цифровые платы PC/104, а также необходимо использовать существенную электрическую развязку между компонентами блока питания и компонентами усилителя мощности, и наоборот.
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, связанные между собой печатными токопроводящими проводниками в соответствии с его 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 (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.
Таким образом, в известном устройстве модуль питания расположен вне единого корпуса модуля усилителя мощности, что значительно увеличивает габариты устройства в целом. Кроме того, в соответствии с приведенной в US4001711 принципиальной схемой (фиг. 4) этот усилитель имеет малую линейность, невысокий КПД, низкую рабочую частоту и узкий диапазон.
Решаемая изобретением задача – улучшение технико-эксплуатационных характеристик.
Технический результат, полученный при использовании изобретения, заключается в уменьшении габаритов при расположении модуля питания в едином корпусе, увеличении диапазона рабочих частот от 520 до 2500 МГц, высокий уровень помехозащищенности.
Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата устройство усилителя мощности содержит корпус, исполненный из электропроводящего и теплоотводящего основания, боковую стенку и крышку, диэлектрическую плату, 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, по меньшей мере один высокочастотный вход, высокочастотный выход и ввод для питания. Согласно изобретению, устройство усилителя мощности дополнительно содержит диэлектрическую пластину, расположенную внутри корпуса, на одной стороне которой установлены электронные компоненты модуля питания, связанные между собой печатными токопроводящими проводниками в соответствии с его электрической принципиальной схемой, а другая сторона которой, обращенная к электронным компонентам модуля усилителя мощности, электрически экранирована посредством проводящего слоя. Также устройство усилителя мощности содержит стойки, установленные на плате, одни из которых служат для крепления диэлектрической пластины, а другие, большей длины, пропущены через диэлектрическую пластину и служат для крепления крышки. Боковая стенка выполнена сплошной и снабжена по ее периметру выступами и впадинами вдоль вертикальной оси корпуса, а торцы основания и крышки снабжены соответствующими выступами и впадинами с возможностью их размещения в выступах и впадинах боковой стенки. Высокочастотный вход и высокочастотный выход выполнены из отрезков коаксиального кабеля, выходящими из корпуса и снабженных на своих концах коаксиальными разъемами, а ввод для питания выполнен из отрезков проводов и/или кабелей.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается в дополнительных вариантах исполнения устройства усилителя мощности, согласно которым:
- введены втулка, выполненная с отбортовкой, установленная в отверстии крышки и закрепленная на ней, и разъемы управления и питания приемовозбудителя, размещенные во втулке, которые служат для подключения к дополнительным электронным устройствам;
- боковая стенка, втулка и крышка выполнены из алюминиевого сплава с гальваническим покрытием;
- основание выполнено из медного сплава;
- введены эластичные теплопроводящие диэлектрические прокладки из материала «НОМАКОН», расположенные между электронными компонентами модуля усилителя мощности и боковой стенкой;
- введен фиксатор, который с одной стороны закреплен на диэлектрической пластине, а с другой стороны прикреплен винтами через стойку к основанию, и служит для механической надежности крепления высокочастотных разъемов усилителя мощности;
- зазор между платой и диэлектрической пластиной выбран не менее 10 мм.
Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения далее поясняются на примере 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 вид устройства усилителя мощности со встроенным в корпус блоком питания.
Устройство усилителя мощности (фиг. 1, 2) содержит корпус 1, выполненный из основания 2, электропроводящего и теплоотводящего, боковой стенки 3 и крышки 4. Плата 5 (фиг. 1) выполнена диэлектрической; на одной ее стороне установлены электронные компоненты модуля усилителя мощности, связанные между собой печатными токопроводящими проводниками в соответствии с его электрической принципиальной схемой. Другая сторона платы 5 электрически связана жестким креплением с основанием 2. Устройство (фиг. 2) имеет по меньшей мере один высокочастотный вход 6, высокочастотный выход 7 и ввод 8 для питания.
В устройство (фиг. 1) введена диэлектрическая пластина 9, расположенная внутри корпуса 1. На одной стороне диэлектрической пластины 9 установлены электронные компоненты модуля питания, связанные между собой печатными токопроводящими проводниками в соответствии с его электрической принципиальной схемой. Другая сторона диэлектрической пластины 9, обращенная к электронным компонентам модуля усилителя мощности, электрически экранирована посредством проводящего слоя. Введены стойки 10, установленные на плате, одни из которых служат для крепления диэлектрической пластины 9, а другие, большей длины, пропущены через диэлектрическую пластину и 9 служат для крепления крышки 4. Боковая стенка 3 (фиг. 1, 2) выполнена сплошной и снабжена по ее периметру выступами и впадинами вдоль вертикальной оси корпуса 1. Торцы основания 2 и крышки 4 снабжены соответствующими выступами и впадинами с возможностью их размещения в выступах и впадинах боковой стенки 3. Высокочастотный вход 6 и высокочастотный выход 7 выполнены из отрезков коаксиального кабеля, выходящими из корпуса 1 и снабженных на своих концах коаксиальными разъемами. Ввод 8 для питания выполнен из отрезков проводов и/или кабелей.
Введена втулка 11 (фиг. 1, 2), выполненная с отбортовкой, установленная в отверстии крышки 4 и закрепленная на ней. Введены разъемы 12 управления и питания, размещенные во втулке 11, которые служат для подключения к дополнительным электронным устройствам.
Боковая стенка 3, втулка 11 и крышка 4 выполнены из алюминиевого сплава с гальваническим покрытием.
Основание 2 выполнено из медного сплава.
Введены эластичные теплопроводящие диэлектрические прокладки из материала «НОМАКОН» (на фиг. 1 не показаны), расположенные между электронными компонентами модуля усилителя мощности и боковой стенкой 3.
Введен фиксатор 13 (фиг. 1), который с одной стороны закреплен на диэлектрической пластине 9, а с другой стороны прикреплен винтами к основанию 2, и служит для механической надежности крепления высокочастотных разъемов (ВЧ) усилителя мощности.
Зазор между платой 5 и диэлектрической пластиной 9 в собранном виде выбран не менее 10 мм.
Работает устройство усилителя мощности (фиг. 1, 2) следующим образом.
В конструкции устройства усилителя мощности используется модульная архитектура, которая содержит плату 5 модуля усилителя мощности, диэлектрическую пластину 9 модуля питания, боковую стенку 3, крышку 4, соединяемые на основании 2 на стойках 10 в виде этажерки, что позволяет обеспечить необходимую жесткость и надежность устройства при сокращении его продольных габаритов.
В боковой стенке 3, на торцах основания 2 и крышки 3 и выполнены соответствующие выступы и впадины, образующие соединение типа «шип-паз», для предотвращения электромагнитных утечек.
Крышка 4, боковая стенка 3, втулка 11 выполнены из алюминиевого сплава с гальваническим покрытием. Основание 2 выполнено из медного сплава для полноценного отвода тепла от электронных компонентов модуля усилителя мощности.
Плата 5 модуль усилителя мощности фиксируется на основании 2 винтами. Для обеспечения допустимого теплового режима между электронными компонентами модуля усилителя мощности и боковой стенкой 3 корпуса 1 могут применяться эластичные теплопроводящие диэлектрические прокладки из материала «НОМАКОН».
Заземление шлейфов, выполненных на нижней плоскости платы 5 модуля усилителя мощности, осуществляется за счет ее плотного прижатия к основанию 2 винтами. Наилучший электрический контакт достигается за счет электропроводящего слоя, нанесенного на основание 2.
Для предотвращения колебаний и перемещений при внешних механических воздействиях предусмотрена жесткая фиксация платы 5 и диэлектрической пластины 9 на стойках 10. Кроме того, введен фиксатор 13, который с одной стороны закреплен на диэлектрической пластине 9, а с другой стороны прикреплен винтами к основанию 2, и служит для механической надежности крепления и фиксации высокочастотных (ВЧ) разъемов усилителя мощности.
В данной конструкции использованы ВЧ разъемы (SMD для поверхностного монтажа), которые при монтаже кабельных перемычек усилителя иногда отрываются. Поэтому фиксатор 13 с одной стороны закреплен на диэлектрической пластине 9, а с другой стороны крепится винтами  через одну или нсколько стоек 10 к основанию 2.
Приемовозбудитель  и усилитель соединяются несколькими ВЧ перемычками, плюс питание приемовозбудителя осуществляется через усилитель, при этом, управление усилителем производится через приемовозбудитель, для чего используются дополнительные разъемы. В режиме передачи сигнал с приемовозбудителя  с помощью кабельной перемычки подается на высокочастотный вход 6 – разъем «Вход» усилителя (фиг. 2), мощность с выхода усилителя подается в высокочастотный выход 7 – антенну (разъем «Ант»). Часть сигнала с выхода усилителя ответвляется и с использованием кабельной перемычки подается в приемовозбудитель в цепь обратной связи (через разъем «ПАД»), позиция 14.
В режиме приема каскады усиления отключаются и высокочастотный выход 7 усилителя (разъем «Ант») по команде с приемовозбудителя коммутируется на разъем ПРМ, позиция 15, который с помощью кабельной перемычки подает сигнал с антенны на приемные цепи приемовозбудителя (фиг. 2).
Для простоты чтения чертежа (фиг. 1) выходные кабельные перемычки 14, 15 для усилителей МВ и ДМВ 2 диапазонов показаны под платой 5 одновременно. Под крышкой 4 корпуса 1 находится одна кабельная перемычка, которая соединяет выходной разъем усилителя, который расположен на плате 5 и разъем «АНТ», который расположен на стенке корпуса 1 усилителя,  Кабельные перемычки проходят между платами 5 усилителя и диэлектрической пластиной 9 модуля питания (а не под платой 5 усилителя).
Зазор между платой 5 и диэлектрической пластиной 9 в заявленном устройстве определяется преобразователем (DC-DC), теплоотводящее основание которого крепится к основанию 2 (с которого производится общий теплоотвод от усилителя), в то время как входные и выходные контакты преобразователя подключаются к диэлектрической пластине 9, на которой располагаются цепи защиты усилителя от перенапряжения.  В данной конструкции диэлектрическая  пластина 9 имеет медное покрытие, обращенное к плате 5 и, при этом, она располагается над выходными фильтрами. Для того, чтобы не допустить влияния на фильтры, которое может ухудшить их характеристики, зазор между диэлектрической пластиной и платой, как показали испытания, не должен быть менее 10 мм. На практике он выбран 13 мм.
Приемовозбудитель (ПВ) запитывается через схему защиты от перенапряжений, элементы которой размещены на диэлектрической пластине 9 усилителя. При этом, усилитель управляется через ПВ. Разъемы питания и управления для обеспечения механической надежности конструкции фиксируются втулкой 11.
Крышка 4 фиксируется винтами на более длинных стойках 10, чем стойки 10 для крепления диэлектрической пластины 9.
Для подключения к дополнительным электронным устройствам из корпуса 1 выведены: разъемы 12 управления и питания ПВ, размещенные во втулке 11, которые служат для подключения к дополнительным электронным устройствам; отрезки кабелей ВЧ высокочастотного входа 6 и высокочастотного выхода 7; кабель и/или провода питания ввода 8 (фиг. 2).
Устройство усилителя мощности со встроенным в корпус 1 блоком питания входит в состав приемопередатчика, корпус которого крепится к корпусу 1 посредством основания 2.
Сборка устройства (фиг. 1, 2) осуществляется следующим простым образом.
Сначала на плате 5 собираются (припаиваются) электронные компоненты модуля усилителя мощности, связанные между собой печатными токопроводящими проводниками в соответствии с его электрической принципиальной схемой. Затем на диэлектрической пластине 9 таким же образом осуществляется сборка модуля питания в соответствии с его электрической принципиальной схемой. В соответствии с принципиальной схемой соединений электронных компонентов платы 5 и диэлектрической пластины 9 они соединяются посредством соответствующих перемычек. Плата 5 и диэлектрическая пластина 9 устанавливаются в корпусе 1 на основании 2 при помощи стоек 10. Поскольку боковая стенка 3 (фиг. 1, 2) выполнена сплошной и снабжена по ее периметру выступами и впадинами вдоль вертикальной оси корпуса 1, а торцы основания 2 и крышки 4 снабжены соответствующими выступами и впадинами с возможностью их размещения в выступах и впадинах боковой стенки 3, то корпупус 1 обладает хорошей электромагнитной защитой. Сборка заканчивается установкой крышки 4.
Как показали испытания, заявленное устройство при расположении модуля питания в едином корпусе 1 имеет уменьшенный продольный габарит, увеличенный диапазон рабочих частот от 520 до 2500 МГц, высокий уровень помехозащищенности и коэффициент усиления не менее 30 дБ.
Наиболее успешно заявленное устройство усилителя мощности со встроенным в корпус блоком питания промышленно применимо для использования в приемопередающих устройствах диапазона ДМВ2.