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S波段连续波LDMOS功放的设计

时间:2017-11-24 10:23:14 来源:  点击:12673
王华元
           (华东电子工程研究所,安徽 合肥230088)
摘要:本文介绍了一种应用于某雷达系统、基于LDMOS场效应晶体管、S波段连续波功率放大链路的设计思路及实现方法。
关键词:LDMOS、功率放大器、连续波
1.概述 微波固态功率放大器是相控阵雷达,特别是有源相控阵雷达发射系统的核心单元,在雷达、通信等领域扮演着重要角色,基于Si,GaAs,SiC和GaN等高性能微波功率放大器对雷达特别是有源相控阵雷达的发展具有重大的影响。高输出功率、高效率、宽频带、高集成度的微波功率放大器是雷达探测低可观测目标与远程目标,提高雷达发射信号反侦察能力,实现雷达多任务、多功能(SAR,ISAR,GMTI,AMTI,火控,敌我识别,电子对抗等)的关键。 本文介绍的放大器为应用于某雷达的课题研究,在S波段200M的带宽内具有连续波100W的输出能力。 2.末级功率放大器类型选择 目前,应用于雷达的半导体功率器件主要有:Si(硅)双极型晶体管、GaAs(砷化镓)场效应管、LDMOS(横向扩散金属氧化物半导体)场效应管、宽禁带半导体功率器件。 Si双极型晶体管由于固有物理特性限制,主要应用于窄脉宽、低占空比条件;GaAs场效应管虽然可以工作在连续波状态,但由于其半导体材料的击穿电压低,导致单管输出功率能力有限;LDMOS场效应管具有较小的热阻,在射频连续波工作状态下具有优异的热稳定性和高效率,单管就可以实现100W的连续波输出能力;GaN(氮化镓)是新一代半导体——宽禁带半导体功率器件,其在S波段具有与LDMOS同等的单管输出能力,效率更高,是功率器件发展的方向。 综合可行性、效率、成本等因素, 选择LDMOS作为此次功放设计的末级功率放大器。 3.工作原理及设计 3.1功率放大电路工作原理 整个放大链路给定的输入信号为8dBm,要求输出连续波100W,整个链路增益最小42dB。整个放大链路分两级实现,图1为该放大链路的原理框图。 图1 功率放大链路原理框图 3.2前级放大器实现 3W放大器功能相对单一,主要是将8dBm的激励信号放大至3W左右,作为末级功率放大器的输入信号。3W放大器采用GaAs器件,其输入、输出在功率管内部进行了预匹配,阻抗均为50Ω,简化了电路设计。在本放大器的调试过程中,并未发现50Ω线上有功率敏感点,所以未对50Ω线进行软件优化,只利用常用微波软件计算出50Ω线的宽度值。但在设计中,由于配合整个组件的布局及信号流向,在该放大器的输出端有一个90度拐角,结果调试中发现拐角点易产生反射使输出功率变小且容易产生振荡,调试拐角点处,功率有较大改善,振荡可消除[1]。 另外,对此器件,在商谈技术协议时要求研制尚将其供电设计成单电源工作方式,简化了系统应用过程中电源设计和组件中的内部走线。
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