本技術(shù)涉及微波功率器件，特別涉及一種三維堆疊式高壓超大功率功放模塊。

背景技術(shù)：

1、gan?hemt功率器件具有工作頻率高、功率密度高、擊穿電壓高、效率高等優(yōu)點，目前已經(jīng)成為微波大功率器件應(yīng)用的理想器件。作為新一代固態(tài)微波功率器件，gan?hemt微波功率器件自問世以來就一直受到特別關(guān)注并得到重點發(fā)展，近年來，gan?hemt產(chǎn)品技術(shù)的越來越成熟，并取得了較大的發(fā)展，其產(chǎn)品的性能不斷提高，尤其是工作電壓越來越高，輸出功率越來越大。目前，國內(nèi)外基于gan的大功率器件產(chǎn)品的工作電壓均已經(jīng)達到100v以上，輸出功率達到了數(shù)千瓦。gan?hemt功率器件越來越高的工作電壓，給超大功率功放模塊的設(shè)計帶來挑戰(zhàn)。

2、目前應(yīng)用的超大功率器件工作電壓越來越高，已經(jīng)達到了上百伏，工作電流也越來越大，最大已經(jīng)達到數(shù)百安培。若將電源控制部分與射頻部分在一個平面上通過金屬導(dǎo)線進行集成互連，當(dāng)射頻大功率器件工作在快速脈沖調(diào)制狀態(tài)時，該互連金屬導(dǎo)線產(chǎn)生的寄生電感會導(dǎo)致射頻功放在工作時產(chǎn)生較高的過沖電壓，從而容易發(fā)生電壓擊穿，導(dǎo)致超大功率功放模塊整體可靠性降低；且金屬導(dǎo)線過長會帶來的寄生電感增大還會導(dǎo)致調(diào)制工作電壓上升沿變慢，造成超大功率模塊工作時效率較低。另一方面，在一個平面上集成電源調(diào)制部分與射頻功率部分會導(dǎo)致整個模塊尺寸較大，尤其在相控陣體制應(yīng)用中，會導(dǎo)致單元間距過大，從而影響性能；因此，迫切需要減小超大功率模塊的結(jié)構(gòu)尺寸。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、實用新型目的：本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計精巧、饋電寄生電感弱的三位堆疊式高壓超大功率功放模塊。

2、技術(shù)方案：本實用新型的一種三維堆疊式高壓超大功率功放模塊，包括電源控制模塊、射頻功率模塊和若干金屬柱，所述金屬柱一端與電源控制模塊連接，另一端與射頻功率模塊的饋電位置處連接，所述電源控制與射頻功率模塊通過金屬柱實現(xiàn)垂直電氣連接。

3、所述金屬柱實現(xiàn)的電氣互聯(lián)可有效減小電源模塊輸出端口到射頻功放模塊供電端口之間的寄生電感，在高壓供電時能夠大幅降低射頻大功率器件開啟或關(guān)斷時由寄生電感引起的過沖電壓，從而大幅提升高壓大功率功放模塊的可靠性，同時也能實現(xiàn)功放模塊的小型化設(shè)計。

4、進一步的，所述射頻功率模塊包括饋電偏置電路、大功率器件和電阻電容。

5、進一步的，所述電源控制模塊包括電壓轉(zhuǎn)換模塊、柵穩(wěn)壓模塊、脈沖調(diào)制模塊和濾波儲能模塊。

6、進一步的，所述電源控制模塊還包括pcb基板、功率開關(guān)器件、驅(qū)動芯片、電容、電感，所述射頻功率模塊還包括模塊殼體，所述模塊殼體安裝有若干金屬支撐柱，所述電源控制模塊安裝于金屬支撐柱上。

7、進一步的，所述電源控制模塊整體通過螺釘安裝于金屬支撐柱上。

8、進一步的，所述電源控制模塊正對射頻功率模塊設(shè)置。可以放置于射頻模塊的正上方，也可以放置在射頻模塊的背部或其他位置。

9、進一步的，所述三維堆疊式高壓超大功率功放模塊至少有兩層，所述射頻功率模塊設(shè)置于底層，其他功能模塊設(shè)置于其它層，可以為兩層，也可以為三層或多層，其中最底層為大功率射頻器件，中間層及其上面各層為電源控制模塊或其它功能模塊。

10、進一步的，所述射頻功率模塊為單級大功率射頻器件或多級大功率發(fā)射鏈路。

11、進一步的，所述金屬柱的長度為10-15mm，直徑為3mm。

12、進一步的，所述電源控制模塊包含的功能不僅具備必須的脈沖電壓調(diào)制功能，還可以包含電壓轉(zhuǎn)換、穩(wěn)壓、時序保護等多種控制功能。

13、進一步的，所述的三維堆疊結(jié)構(gòu)既可以應(yīng)用于超大功率功放模塊，也可以用于超大功率發(fā)射模塊或組件。

14、設(shè)計原理：本實用新型所采用的金屬柱長度盡可能短以有效減小電源模塊輸出端口到射頻功放模塊供電端口之間的寄生電感，當(dāng)射頻功率器件工作在快速脈沖調(diào)制狀態(tài)下時，能夠大幅降低過沖電壓，從而大幅提升超大功率功放模塊的可靠性；同時，由于基于三維堆疊式結(jié)構(gòu)的超大功率模塊集成度高，尺寸較小，當(dāng)其應(yīng)用在相控陣系統(tǒng)中時，可以充分滿足發(fā)射單元間的間距要求。

15、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點：本實用新型采用三維堆疊式結(jié)構(gòu)設(shè)計，將電源控制模塊部分安裝在射頻模塊的上方，并向下引入長度較短的金屬柱實現(xiàn)電氣互連，該饋電方式引入的寄生電感可以實現(xiàn)最小化，因此大功率器件在快速調(diào)制工作狀態(tài)下產(chǎn)生的過沖電壓最小，從而能夠大幅提升超大功率功放模塊的可靠性；與此同時，寄生電感變小，超大功率功放模塊的控制電信號上升沿也會變快，從而滿足超大功率模塊極致的饋電要求，且該方案還能實現(xiàn)超大功率模塊的集成化、小型化設(shè)計。

技術(shù)特征：

1.一種三維堆疊式高壓超大功率功放模塊，包括電源控制模塊和射頻功率模塊，其特征在于，還包括若干金屬柱(10)，所述金屬柱(10)一端與電源控制模塊連接，另一端與射頻功率模塊的饋電位置處連接，所述電源控制與射頻功率模塊通過金屬柱(10)實現(xiàn)垂直電氣連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維堆疊式高壓超大功率功放模塊，其特征在于，所述射頻功率模塊饋包括電偏置電路(1)、大功率器件(2)和電阻電容。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維堆疊式高壓超大功率功放模塊，其特征在于，所述電源控制模塊包括電壓轉(zhuǎn)換模塊(3)、柵穩(wěn)壓模塊(4)、脈沖調(diào)制模塊(5)和濾波儲能模塊(6)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三維堆疊式高壓超大功率功放模塊，其特征在于，所述電源控制模塊還包括pcb基板、功率開關(guān)器件、驅(qū)動芯片、電容、電感，所述射頻功率模塊還包括模塊殼體(7)，所述模塊殼體(7)安裝有若干金屬支撐柱(8)，所述電源控制模塊安裝于金屬支撐柱(8)上。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種三維堆疊式高壓超大功率功放模塊，其特征在于，所述電源控制模塊整體通過螺釘(9)安裝于金屬支撐柱(8)上。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維堆疊式高壓超大功率功放模塊，其特征在于，所述電源控制模塊正對射頻功率模塊設(shè)置。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維堆疊式高壓超大功率功放模塊，其特征在于，所述三維堆疊式高壓超大功率功放模塊至少有兩層，所述射頻功率模塊設(shè)置于底層，其他功能模塊設(shè)置于其它層。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三維堆疊式高壓超大功率功放模塊，其特征在于，所述射頻功率模塊為單級大功率射頻器件或多級大功率發(fā)射鏈路。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維堆疊式高壓超大功率功放模塊，其特征在于，所述金屬柱(10)的長度為10-15mm，直徑為3mm。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)公開了一種三維堆疊式高壓超大功率功放模塊，采用三維堆疊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，將模塊中實現(xiàn)供電控制功能的電源模塊置于實現(xiàn)射頻信號輸出功能的功放模塊的上方，通過金屬柱實現(xiàn)電源部分與射頻模塊部分之間的垂直電氣互聯(lián)，基于該方式實現(xiàn)的電氣互聯(lián)可以使電源模塊輸出端口到射頻功放模塊供電端口之間具有更小的寄生電感，從而在大功率射頻功放開啟或關(guān)斷時具有更小的過沖電壓，進而能夠大幅提升高壓超大功率功放模塊工作的可靠性，同時也能實現(xiàn)功放模塊的小型化設(shè)計。本技術(shù)在無需過多增加設(shè)計復(fù)雜度和成本的情況下，能夠大幅提升高壓超大功率功放模塊工作的可靠性以及實現(xiàn)小型化的設(shè)計，在航天航空等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：顧黎明,彭劉靈,王生東,李雪,楊寶金
受保護的技術(shù)使用者：中國電子科技集團公司第五十五研究所
技術(shù)研發(fā)日：20240725
技術(shù)公布日：2025/4/28