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S波段連續波LDMOS功放的設計

時間:2017-11-24 10:23:14 來源:  點擊:13976
王華元
           (華東電子工程研究所,安徽 合肥230088)
摘要:本文介紹了一種應用于某雷達系統、基于LDMOS場效應晶體管、S波段連續波功率放大鏈路的設計思路及實現方法。
關鍵詞:LDMOS、功率放大器、連續波
1.概述 微波固態功率放大器是相控陣雷達,特別是有源相控陣雷達發射系統的核心單元,在雷達、通信等領域扮演著重要角色,基于Si,GaAs,SiC和GaN等高性能微波功率放大器對雷達特別是有源相控陣雷達的發展具有重大的影響。高輸出功率、高效率、寬頻帶、高集成度的微波功率放大器是雷達探測低可觀測目標與遠程目標,提高雷達發射信號反偵察能力,實現雷達多任務、多功能(SAR,ISAR,GMTI,AMTI,火控,敵我識別,電子對抗等)的關鍵。 本文介紹的放大器為應用于某雷達的課題研究,在S波段200M的帶寬內具有連續波100W的輸出能力。 2.末級功率放大器類型選擇 目前,應用于雷達的半導體功率器件主要有:Si(硅)雙極型晶體管、GaAs(砷化鎵)場效應管、LDMOS(橫向擴散金屬氧化物半導體)場效應管、寬禁帶半導體功率器件。 Si雙極型晶體管由于固有物理特性限制,主要應用于窄脈寬、低占空比條件;GaAs場效應管雖然可以工作在連續波狀態,但由于其半導體材料的擊穿電壓低,導致單管輸出功率能力有限;LDMOS場效應管具有較小的熱阻,在射頻連續波工作狀態下具有優異的熱穩定性和高效率,單管就可以實現100W的連續波輸出能力;GaN(氮化鎵)是新一代半導體——寬禁帶半導體功率器件,其在S波段具有與LDMOS同等的單管輸出能力,效率更高,是功率器件發展的方向。 綜合可行性、效率、成本等因素, 選擇LDMOS作為此次功放設計的末級功率放大器。 3.工作原理及設計 3.1功率放大電路工作原理 整個放大鏈路給定的輸入信號為8dBm,要求輸出連續波100W,整個鏈路增益最小42dB。整個放大鏈路分兩級實現,圖1為該放大鏈路的原理框圖。 圖1 功率放大鏈路原理框圖 3.2前級放大器實現 3W放大器功能相對單一,主要是將8dBm的激勵信號放大至3W左右,作為末級功率放大器的輸入信號。3W放大器采用GaAs器件,其輸入、輸出在功率管內部進行了預匹配,阻抗均為50Ω,簡化了電路設計。在本放大器的調試過程中,并未發現50Ω線上有功率敏感點,所以未對50Ω線進行軟件優化,只利用常用微波軟件計算出50Ω線的寬度值。但在設計中,由于配合整個組件的布局及信號流向,在該放大器的輸出端有一個90度拐角,結果調試中發現拐角點易產生反射使輸出功率變小且容易產生振蕩,調試拐角點處,功率有較大改善,振蕩可消除[1]。 另外,對此器件,在商談技術協議時要求研制尚將其供電設計成單電源工作方式,簡化了系統應用過程中電源設計和組件中的內部走線。
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