JP4320638B2 - Microwave high power amplifier - Google Patents
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Description
この発明は主として人工衛星に搭載されるマイクロ波高出力増幅器に関するものである。 The present invention mainly relates to a microwave high-power amplifier mounted on an artificial satellite.
マイクロ波帯の通信機器、レーダ装置ではマイクロ波高出力増幅器が一般に用いられている。この増幅器にはトランジスタ、FET等の増幅素子が用いられており、増幅素子から高発熱が発生する。マイクロ波高出力増幅器の増幅特性の維持および信頼性確保の観点から増幅素子で発生した高発熱を効率良く廃熱する必要がある。廃熱する方法として、様々なものが知られており、その一つとして、増幅器が装着されている筐体の反対側の面にヒートパイプを配置し、このヒートパイプを介して廃熱する方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 Microwave high-power amplifiers are generally used in microwave communication equipment and radar devices. This amplifier uses an amplifying element such as a transistor or FET, and generates high heat from the amplifying element. From the viewpoint of maintaining the amplification characteristics and ensuring the reliability of the microwave high-power amplifier, it is necessary to efficiently dissipate the high heat generated in the amplification element. Various methods of waste heat are known, and one of them is a method of disposing heat through the heat pipe by arranging a heat pipe on the opposite side of the housing where the amplifier is mounted. Is known (for example, see Patent Document 1).
従来のマイクロ波高出力増幅器では、増幅素子で発生した熱をシャーシを介してヒートパイプから廃熱しており、一般にヒートパイプの熱輸送能力はヒートパイプの径に依存し、径が大きいほど熱輸送能力が高い。
一方、近年の衛星搭載用マイクロ波高出力増幅器では、より高出力化が要求されるようになっており、それには、増幅素子としてゲート幅の大きなものが必要となり、高発熱が増幅素子から発生するようになる。
このような高発熱を衛星構体外に廃熱させるためには、径の太いヒートパイプが必要となる。
In conventional microwave high-power amplifiers, the heat generated in the amplifying element is wasted from the heat pipe through the chassis. Generally, the heat transport capacity of the heat pipe depends on the diameter of the heat pipe. Is expensive.
On the other hand, in recent years, satellite-mounted microwave high-power amplifiers are required to have higher output, which requires a large gate width as an amplifying element, and high heat generation occurs from the amplifying element. It becomes like this.
In order to waste such high heat generation outside the satellite structure, a heat pipe with a large diameter is required.
しかし、衛星の小型・軽量化が強く要求されており、径の太いヒートパイプを使用することができない場合、増幅器から発生した高発熱をヒートパイプのみで衛星構体外へ十分廃熱することができなくなる。
このため、増幅素子の温度が上昇し、増幅特性が劣化するとともに増幅素子の信頼性も低下する問題があった。
However, there is a strong demand for satellites to be smaller and lighter, and if a heat pipe with a large diameter cannot be used, the high heat generated from the amplifier can be sufficiently dissipated outside the satellite structure using only the heat pipe. Disappear.
For this reason, there has been a problem that the temperature of the amplifying element rises, the amplifying characteristics deteriorate, and the reliability of the amplifying element also decreases.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、放熱効果の改善された電子部品の放熱構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a heat dissipation structure for an electronic component with improved heat dissipation effect.
この発明のマイクロ波高出力増幅器は、キャリアと、当該キャリア上に載置されたドライバー素子と、を有するドライバー増幅器と、
他のキャリアと、当該他のキャリア上に載置されて上記ドライバー増幅器の出力を増幅する高発熱性の高出力増幅素子と、を有する高出力増幅器と、
上記キャリアと上記他のキャリアとを、装着面が互いに直交するように装着したシャーシと、
上記他のキャリアの装着面に対し、上記シャーシを間に介在して熱的に接続された輻射冷却フィンと、
から構成されるものである。
A microwave high-power amplifier according to the present invention is a driver amplifier having a carrier and a driver element mounted on the carrier.
A high-power amplifier having another carrier and a high-heat-generating high-power amplification element mounted on the other carrier and amplifying the output of the driver amplifier;
A chassis in which the carrier and the other carrier are mounted such that mounting surfaces are orthogonal to each other;
Radiation cooling fins that are thermally connected to the mounting surface of the other carrier with the chassis interposed therebetween,
It is comprised from.
この発明の電子部品の放熱構造によれば、シャーシに高発熱の高出力増幅器を装着し、この高出力増幅器の装着面と反対側の面に輻射冷却フィンを設けることによって、輻射冷却フィンを衛星構体から宇宙空間に突き出すように配置する、または高出力増幅素子の熱を衛星構体の外部空間へ廃熱するように配置することで、高出力増幅器で発生した高発熱の大部分を、輻射冷却フィンを介して直接宇宙空間に廃熱することができるので、放熱効果の改善されたマイクロ波高出力増幅器を提供できるという効果がある。 According to the heat dissipation structure for an electronic component of the present invention, a high-power amplifier with high heat generation is mounted on the chassis, and a radiation cooling fin is provided on the surface opposite to the mounting surface of the high-power amplifier. By placing the structure so that it protrudes into outer space or disposing the heat of the high-power amplifier to the external space of the satellite structure, most of the high heat generated by the high-power amplifier is radiatively cooled. Since the waste heat can be directly discharged into the space through the fins, there is an effect that it is possible to provide a microwave high-power amplifier with an improved heat dissipation effect.
実施の形態1.
図1(a)はこの発明の実施の形態1におけるマイクロ波高出力増幅器の斜視図であり、図1(b)は図1(a)のA−A’の断面図である。
このマイクロ波高出力増幅器は、L型の構造をしたシャーシ1の平面部分に装着されたドライバー増幅器2と、垂直部分に装着された高出力増幅器3と、ドライバー増幅器2と高出力増幅器3との間に装着されたアイソレーター4とからなり、シャーシ1には、ドライバー増幅器2に信号を入力するための入力端子5および高出力増幅器3からの出力を取り出す出力端子6がそれぞれ設けられている。
FIG. 1 (a) is a perspective view of a microwave high-power amplifier according to
This microwave high-power amplifier includes a driver amplifier 2 mounted on a planar portion of a
また、ドライバー増幅器2の装着面と反対側のシャーシ1面にはヒートパイプ7が設けられており、さらに高出力増幅器3の装着面と反対側のシャーシ1には、シャーシ1の底面と水平方向に輻射冷却フィン8が取り付けられている。
なお、図では省略しているが、このマイクロ波高出力増幅器はドライバー増幅器2の装着面と反対側のシャーシ1を衛星構体側に向けて、ネジ等により衛星構体外に取り付けられている。
Further, a heat pipe 7 is provided on the surface of the
Although not shown in the figure, the microwave high-power amplifier is attached to the outside of the satellite structure with screws or the like with the
ドライバー増幅器2は、キャリア10上に装着された入力整合回路11と出力整合回路12およびドライバー増幅素子9とからなる。入力整合回路11は入力端子5に接続される電源インピーダンスとドライバー増幅素子9の入力インピーダンスとを整合させるために設けられており、出力整合回路12はアイソレーター4の入力インピーダンスとドライバー増幅素子9の出力インピーダンスとを整合させるために設けられている。
The driver amplifier 2 includes an
高出力増幅器3もまた、同様な回路構成となっており、キャリア14上に装着された入力整合回路15と出力整合回路16および高出力増幅素子13とからなる。
入力整合回路15はアイソレーター4の出力インピーダンスと高出力増幅素子13の入力インピーダンスとを、また、出力整合回路13は出力端子6に接続されている負荷インピーダンスと高出力増幅素子13の出力インピーダンスとをそれぞれ整合させるために設けられている。
The high output amplifier 3 has a similar circuit configuration, and includes an
The
アイソレーター4はドライバー増幅器2と高出力増幅器3の多重反射による増幅器特性の劣化を防ぐとともに、ドライバー増幅器2に対して垂直方向に設けた高出力増幅器3に信号を供給するために設けてある。すなわち、ドライバー増幅器2を載置するキャリア10と、高出力増幅器3を載置するキャリア14とは、シャーシ1への装着面が互いに直交するように、シャーシ1に装着される。
The isolator 4 is provided to prevent deterioration of amplifier characteristics due to multiple reflections of the driver amplifier 2 and the high-power amplifier 3 and to supply a signal to the high-power amplifier 3 provided in a direction perpendicular to the driver amplifier 2. That is, the
ヒートパイプ7は、ドライバー増幅器2の装着面と反対側のシャーシ1面に接触するように配置されている。
これにより、ドライバー増幅器2のドライバー増幅素子9から発生した熱は、キャリア10、シャーシ1を介してヒートパイプ7まで伝導され、このヒートパイプ7により衛星構体外へ廃熱させることができる。
The heat pipe 7 is disposed so as to contact the surface of the
As a result, the heat generated from the driver amplification element 9 of the driver amplifier 2 is conducted to the heat pipe 7 through the
輻射冷却フィン8は高出力増幅器3の装着面に近いシャーシ1に衛星構体から宇宙空間に突き出るように配置されており、この輻射冷却フィン8は熱を宇宙空間へ効率良く廃熱できるように設計されている。
The
このため高出力増幅器3内の高出力増幅素子13で発生した大部分の熱はキャリア14、シャーシ1と伝わり、輻射冷却フィン8により直接宇宙空間に廃熱され、残りのわずかな熱はシャーシ1を介してヒートパイプ7から廃熱されるようになる。
For this reason, most of the heat generated in the high-
次に動作について説明する。
入力端子5より入力された所望の周波数の信号は、まず、ドライバー増幅器2によって所望のレベルまで増幅される。
そこで増幅された信号は、次にアイソレーター4を通過し、高出力増幅器3に入力される。
さらに高出力増幅器3で高いレベルまで増幅され、出力端子6より出力される。
Next, the operation will be described.
A signal of a desired frequency input from the input terminal 5 is first amplified to a desired level by the driver amplifier 2.
The amplified signal then passes through the isolator 4 and is input to the high power amplifier 3.
Further, it is amplified to a high level by the high output amplifier 3 and outputted from the
このように、この発明のマイクロ波高出力増幅器においても従来の技術と同様の増幅機能を有することができる。 Thus, the microwave high-power amplifier according to the present invention can also have an amplification function similar to that of the prior art.
以上のように、この発明のマイクロ波高出力増幅器では、L型シャーシ1内の平面部分に比較的発熱の小さなドライバー増幅器2を装着し、ドライバー増幅器の装着面と反対側のシャーシ面にヒートパイプを配置するとともに、L型シャーシ1の垂直部分に高発熱の高出力増幅器3を装着し、この高出力増幅器3の装着面と反対側のシャーシ面には衛星構体から宇宙空間に突き出すように輻射冷却フィン8を設けたものである。
As described above, in the microwave high-power amplifier according to the present invention, the driver amplifier 2 with relatively small heat generation is mounted on the plane portion in the L-
このため、ドライバー増幅器2で発生するわずかな発熱はヒートパイプ7を介して衛星構体外へ廃熱させることができる。また、高出力増幅器3で発生した高発熱の大部分を輻射冷却フィン8を介して直接宇宙空間に廃熱することができる。
For this reason, slight heat generated by the driver amplifier 2 can be wasted outside the satellite structure via the heat pipe 7. In addition, most of the high heat generation generated by the high-power amplifier 3 can be wasted directly into space through the
このように廃熱のルートを分散させることにより、ヒートパイプ7に熱が集中することを避けることができ、比較的細いヒートパイプ7を用いてもマイクロ波高出力増幅器で発生した熱を効率良く衛星構体外へ廃熱することができる。 By dispersing the waste heat route in this way, it is possible to avoid the concentration of heat on the heat pipe 7, and even if a relatively thin heat pipe 7 is used, the heat generated by the microwave high-power amplifier can be efficiently transmitted to the satellite. Waste heat can be discharged outside the structure.
従って、ドライバー増幅素子9、高出力13の温度が高くなることなく、良好な増幅特性を維持することができるとともに、マイクロ波高出力増幅器の信頼性を向上させる効果がある。なお、従来の増幅素子として用いられているトランジスタ、FETに代わり、単位ゲート幅当たりの出力が1桁大きく、より高発熱が発するWBG(Wide Band Gap)デバイスを用いる場合は特に有効である。
Therefore, it is possible to maintain good amplification characteristics without increasing the temperature of the driver amplifier element 9 and the
実施の形態2
図2はこの発明の実施の形態2におけるマイクロ波高出力増幅器3の高出力増幅素子13近傍の構造を表した図であり、他の部分は実施の形態1と同じである。
実施の形態2では、実施の形態1での高出力増幅素子13の上面を覆うように放熱シート17が設けられており、放熱シート17と入力整合回路15と出力整合回路16は接触しないように構成されている。
Embodiment 2
FIG. 2 is a diagram showing the structure in the vicinity of the high-power amplifying
In the second embodiment, the
このことによって、高出力増幅素子13より発生した高発熱は、高出力増幅素子13のパッケージの下面より直接キャリア14とシャーシ1を介して輻射冷却フィン8によって廃熱される他に、高出力増幅素子13の上面に伝導した熱もまたキャリア14およびシャーシ1を介して、輻射冷却フィン8によって廃熱される。
As a result, the high heat generation generated by the high
従って、実施の形態1よりも高出力増幅素子13の温度を下げることができ、より良好な増幅特性が得られるとともに高信頼性が得られる。
Therefore, the temperature of the high-
実施の形態3
図3はこの発明の実施の形態3におけるマイクロ波高出力増幅器3近傍の構造を表した図であり、他の部分は実施の形態1と同じである。
実施の形態3では、キャリア14において、高出力増幅素子13の装着面と入力整合回路15および出力整合回路16の装着面との間のキャリア14側面をそれぞれ斜めにカットする2つの傾斜面を設けたものであり、入力整合回路15と出力整合回路16の側面もまた、キャリア14の上述の斜面にフィットするように斜めにカットされた傾斜面を持つ構造となっている。キャリア14の両傾斜面と入力整合回路15および出力整合回路16の傾斜面とは、近接して対向配置される。
Embodiment 3
FIG. 3 is a diagram showing the structure in the vicinity of the microwave high-power amplifier 3 according to the third embodiment of the present invention, and other parts are the same as those of the first embodiment.
In the third embodiment, the
高出力増幅素子13より発生した高発熱は、高出力増幅素子13のパッケージの下面より、垂直方向に対してほぼ45°方向で伝導する性質がある。
The high heat generated from the high-
このため、高出力増幅素子13より発生した高発熱のうち大部分の熱は、キャリア14とシャーシ1を介して、輻射冷却フィン8によって衛星構体外に廃熱されるので、実施の形態1に比べて、高出力増幅素子13から発生する高熱のより多くが、輻射冷却フィン8によって廃熱されるようになる。
For this reason, most of the high heat generated from the high-
これによって、ヒートパイプ7を従来の技術に比べて若干細くしても、高出力増幅素子13を所望の温度一定に保つことができる。
As a result, even if the heat pipe 7 is slightly thinner than the conventional technology, the high-
また、このように入力整合回路15ならびに出力整合回路16の側面を斜めにカットすることにより、入力整合回路15ならびに出力整合回路16と高出力増幅素子13との接続部に生じるそれぞれの接続寄性リアクタンスが小さくなり、電気特性を向上させることができる。
In addition, by cutting the side surfaces of the
従って、実施の形態1よりも高出力増幅素子13の温度を下げることができ、より良好な増幅特性が得られるとともに高信頼性が得られる。
Therefore, the temperature of the high-
1 シャーシ、 2 ドライバー増幅器、 3 高出力増幅器、 4 アイソレーター、 5 入力端子、 6 出力端子、 7 ヒートパイプ、 8 輻射冷却フィン、 9 ドライバー増幅素子、 10、14 キャリア、 11、15 入力整合回路、 12、16 出力整合回路、13 高出力増幅素子、17 放熱シート。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
他のキャリアと、当該他のキャリア上に載置されて上記ドライバー増幅器の出力を増幅する高発熱性の高出力増幅素子と、を有する高出力増幅器と、
上記キャリアと上記他のキャリアとを装着したシャーシと、
上記シャーシにおける他のキャリアの装着面とは反対の面に配置され、上記シャーシを間に介在して上記高出力増幅素子と熱的に接続し、高出力増幅素子の熱を衛星構体の外部空間へ廃熱させる輻射冷却フィンと、
から構成されることを特徴とするマイクロ波高出力増幅器。 A driver amplifier having a carrier and a driver element mounted on the carrier;
A high-power amplifier having another carrier and a high-heat-generating high-power amplification element that is mounted on the other carrier and amplifies the output of the driver amplifier;
A chassis equipped with the carrier and the other carrier ;
It is disposed on the surface of the chassis opposite to the mounting surface of the other carrier, and is thermally connected to the high-power amplifying element with the chassis interposed therebetween. The heat of the high-power amplifying element is transferred to the external space of the satellite structure. Radiation cooling fins to waste heat ,
A microwave high-power amplifier comprising:
他のキャリアと、当該他のキャリア上に載置されて上記ドライバー増幅器の出力を増幅する高発熱性の高出力増幅素子と、を有する高出力増幅器と、
上記キャリアと上記他のキャリアとを装着したシャーシと、
上記シャーシにおける他のキャリアの装着面とは反対の面に配置され、上記シャーシを間に介在して熱的に接続された輻射冷却フィンと、
から構成され、
上記ドライバー増幅器は衛星構体に装着され、
上記輻射冷却フィンは上記衛星構体の外部空間に突出して配置されたことを特徴とするマイクロ波高出力増幅器。 A driver amplifier having a carrier and a driver element mounted on the carrier;
A high-power amplifier having another carrier and a high-heat-generating high-power amplification element that is mounted on the other carrier and amplifies the output of the driver amplifier;
A chassis equipped with the carrier and the other carrier;
A radiation cooling fin disposed on a surface opposite to the mounting surface of the other carrier in the chassis and thermally connected with the chassis interposed therebetween,
Consisting of
The driver amplifier is mounted on the satellite structure,
The microwave high-power amplifier according to claim 1, wherein the radiation cooling fin is disposed so as to protrude into an external space of the satellite structure .
上記高出力増幅素子の装着面と入力整合回路および出力整合回路の装着面との間の側面に、それぞれ傾斜面を有し、Each of the side surfaces between the mounting surface of the high-power amplification element and the mounting surface of the input matching circuit and the output matching circuit has inclined surfaces
さらに、当該入力整合回路と上記出力整合回路のそれぞれの傾斜面は、上記キャリアの傾斜面と近接して対向配置されたことを特徴とする請求項1記載のマイクロ波高出力増幅器。2. The microwave high-power amplifier according to claim 1, wherein the inclined surfaces of the input matching circuit and the output matching circuit are arranged to face each other in close proximity to the inclined surface of the carrier.
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