Устройство усилителя мощности со встроенным в корпус блоком питания

Изобретение относится к линейным усилителям мощности. Технический результат - уменьшение габаритов при расположении модуля питания в едином корпусе, увеличение диапазона рабочих частот, высокий уровень помехозащищенности. Для этого устройство усилителя мощности содержит корпус, основание, боковую стенку и крышку. На одной стороне платы (П) установлены электронные компоненты модуля усилителя мощности (МУМ). Другая сторона П электрически связана жестким креплением с основанием. Устройство имеет высокочастотные вход и выход, а также ввод для питания. Введена диэлектрическая пластина (ДП), расположенная внутри корпуса, на одной стороне которой установлены электронные компоненты модуля питания (МП). Другая сторона ДП, обращенная к электронным компонентам МУМ, электрически экранирована посредством проводящего слоя. Введены стойки, установленные на П, одни из которых служат для крепления ДП, а другие, большей длины, пропущены через ДП и служат для крепления крышки. Боковая стенка снабжена по ее периметру выступами и впадинами, а торцы основания и крышки снабжены соответствующими выступами и впадинами. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

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.

1. Устройство усилителя мощности, содержащее 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, отличающееся тем, что введена диэлектрическая пластина, расположенная 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, введены 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, 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, выходящих из корпуса и снабженных на своих концах коаксиальными разъемами, а ввод для питания выполнен из отрезков проводов и/или кабелей.

2. Устройство усилителя мощности по п. 1, отличающееся тем, что 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.

3. Устройство усилителя мощности по п. 1 или 2, отличающееся тем, что боковая стенка, втулка и крышка выполнены из алюминиевого сплава с гальваническим покрытием.

4. Устройство усилителя мощности по п. 1, отличающееся тем, что основание выполнено из медного сплава.

5. Устройство усилителя мощности по п. 1, отличающееся тем, что введены эластичные теплопроводящие диэлектрические прокладки из материала «НОМАКОН», расположенные между электронными компонентами модуля усилителя мощности и боковой стенкой.

6. Устройство усилителя мощности по п. 1, отличающееся тем, что введен фиксатор, который с одной стороны закреплен на диэлектрической пластине, а с другой стороны прикреплен винтами через стойки к основанию и служит для механической надежности крепления высокочастотных разъемов усилителя мощности.

7. Устройство усилителя мощности по п. 1, отличающееся тем, что зазор между платой и диэлектрической пластиной выбран не менее 10 мм.