S波段T/R组件用GaN功率放大器链的设计(英文)

基于Si衬底AlGaN/GaN HEMT器件的功率放大器链是下一代S波段相控阵雷达T/R组件的核心部分。研制的S波段放大器链主要由驱动放大器和功率放大器组成,驱动放大器与功率放大器都是基于Si衬底AlGaN/GaN HEMT器件的混合集成电路。基于混合集成电路的放大器链获得了高的输出峰值功率和附加功率(PAE),整个放大器链输出功率在800 MHz频率范围内大于20 W,附加效率(PAE)大于50%。     

单片式S波段的宽带E类功放设计

许多商业和国防系统应用都需要高效率的微波和射频功率放大器。这些应用包括无线LAN、蜂窝电话、通信系统和先进的机载有源相控阵雷达系统。技术选择、设计方法和制造周期时间是这些系统的主要成本。简单和精确的设计可成功地实现开关方式的S波段E类高效率功率放大器。E类放大器设计是基于采用一个串联或并联的谐振负载网络。在有源器件输出端获得最佳化,使器件的DC功率耗散最小。有源器件作为一个开头由RF输入信号驱动至导通和关断状态。开关晶体管(D、E、F类)的理想AC负载线如图1(B)所示。可见工作点沿着Vds和I ds轴的移动,亦即器…     

利用速度再同步提高行波管效率

本文陈述在大信号电平下调制电子注与行波管线路波再同步的方法。应用这类方法,特别当应用慢波线路的速度渐变和电压跳变技术时,有可能使各类行波管的效率达到50％到60％,这些方法的设计是比较严格的,要求大信号计算机分析。已在X和C波段5～10千瓦功率的线包聚焦耦合腔管子以及S波段30瓦功率电平、适用于空间通讯的螺旋线行波管中应用。     

商用航空电子设备用的微波管

在今天的航空电子设备中得到广泛使用的只有两种类型的微波管——大功率脉冲磁控管和微波三极管:前者用于气象雷达;后者用于测距设备和空中交通管制应答器。因为固态器件还不能在C或X波段产生气象雷达所要求的功率,因此在最近的将来,这些管子都不可能被取代。如果并联几个固体器件,现代的固态器件工艺水平正好能达到测距设备和空中交通管制应答器所要求的1千兆赫1千瓦或更低的功率。但是能满足这些要求的固体设备,在造价、牢固或可靠性方面都不可能与微波管型的     

X波段功率单片放大器的研制

介绍了X波段功率单片放大器的设计、制造、测试等技术,以及器件的大信号模型的建立.X波段功率单片放大器采用两级放大,经过功率分配和功率合成,输入输出匹配为50 Ω,单片性能达到输出功率≥5W,附加效率≥33%,功率增益≥13.5dB,增益波动≤0.3dB,输入驻波比≤2?1.     

C波段高效率30W功率放大器研制

随着第三代半导体GaN器件技术的不断发展,GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)功率器件在电子系统中逐步得到了广泛应用。GaN功率器件具有工作效率高、功率密度大和击穿场强高的特点,非常适合用于大功率、连续波功率放大器设计。基于GaN功率器件大信号模型,采用Microwave Office 2009微波设计软件对功率放大器进行仿真优化,设计并研制出了C波段高效率30 W连续波功率放大器。该放大器功率器件采用了CREE公司C波段GaN HEMT功率器件,实现放大器尺寸为190 mm×50 mm×15 mm,端口阻抗为50Ω。放大器在5 650~5 950 MHz频带内、28 V工作条件下,连续波输出功率大于30 W,增益大于45 dB,效率大于30%。     

多兆瓦级雷达用宽频带速调管

本文讨论一种宽频带、多腔、多兆瓦级速调管的设计方法。用这种方法能制造S波段、一分贝带宽、10％以上的效率的大功率或超高功率放大管。这类管子能工作于不同输出功率,并且完全无谐波振荡或寄生信号,因此特别适合作为现代雷达的功率源。多兆瓦级多腔速调管广泛用作粒子加速器的和大功率雷达的微波功率发生器。在这些应     

S波段射频前端小型化的设计与实现

随着相控阵雷达技术的发展,射频前端作为T/R组件的核心器件,向高性能、高可靠、多功能、小型化及低成本趋势不断发展。本文使用GaN功率器件和微组装技术,结合几种关键器件小型化设计的方法,设计了S波段小型化射频前端。在6~8 dBm输入的条件下,发射通道输出功率达到200 W,效率达到50%以上;接收通道可实现30 dB的增益和1.5 dB噪声系数的设计指标。该技术已广泛用在射频相关产品中。     

二千瓦平均功率的X波段接收机保护器

最近已研制出具有5000小时工作寿命的二千瓦平均功率接收机保护器。该设计是采用气体等离子体和固态二极管混合的结构型式。以前这种结构的器件对于相同的工作寿命而言,只能提供十分之一的功率承受能力。根据在X波段二千瓦平均功率下试验获得的分子的吸气系数推导了寿命。该器件已研制成功,要使用在林肯实验室的高分辨能力雷达中作为接收机保护器。这部雷达在X波段发射200千瓦的平均功率,因而需要一个高平均功率的接收机保护器。     

对合成电路优化的126 W Doherty功率放大器

基于自主研发的RF LDMOS功率晶体管以及散热法兰,设计了一款用于无线通讯以及L波段和S波段雷达系统的大功率高效率的功率放大器。在保证了器件的射频接地以及散热的前提下,在封装内部设计了输入内匹配和输出内匹配电路,提高了管芯的阻抗点以便于电路板匹配。利用Doherty功率放大器结构可以提高功率回退处效率的特点,结合输出内匹配对负载阻抗点的翻转作用,得到了一种结构优化的Doherty实现方案,在峰值功率处达到398 W的输出功率,52%的漏极效率;以及功率8 dB回退的平均功率处126 W的输出功率,43%的漏极效率。这种改进技术进一步提高了功率回退处的效率,相对普通Doherty功率放大器结构,性能提升了16%,改善了无线通信系统的射频性能。     

星载氮化镓功率放大器设计

介绍了星载L波段高效固态功率放大器设计。放大器由EPC电源和射频链系统组成。电源主要提供射频电路和低频控制电路所需工作电压,同时接受母线控制指令以及遥测数据。射频链由驱动级、中功率放大器和高功率电路组成,同时还包括控制电路、检波电路、隔离器等。为了获得大功率和高效率,整机中高功率模块采用CREE公司的CGH40045氮化镓器件为放大单元,利用其大信号模型和ADS电路设计软件,采用L型阻抗变换网络,把输出阻抗的虚部电抗结合到输出匹配电路中,完成基波匹配和二次谐波的调谐。设计中还包括消除低频和射频振荡的电路。在连续波测试中,末级放大器模块在Vds为28V、Vgs为-2.8V、工作频率1.2GHz条件下,模块输出功率58W,效率68%,增益为19dB。在100MHz带宽内,增益平坦度小于0.8dB。放大器整机在1.15~1.25GHz范围内输出功率大于50W,效率大于50%,整机增益大于47dB。在从-20~60°C全温范围内,放大器整机功率最大变化小于0.6dB。     

44GHz HEMT混合功率放大器

我们实验室研制的0.25μm栅长掺杂沟道PHEMT,在毫米波频率下已显示出优良的功率性能,44GHz下的输出功率密度和功率附加效率分别为0.93W/mm和41％,用这些器件已研制出两种Q波段混合功率放大器。二级放大器输出功率为108mW,相应功率增益为9.5dB,功率附加效率为26.5％;三级放大器输出功率达251mW,功率增益为13.6dB,功率附加效率为26.8％。当加上不同偏压时,三级放大器的峰值效率可达31.3％。这两种放大器的线性增益分别为12dB和20dB。这些结果清楚地表明这些器件能够用于毫米波发射器。     

用于雷达T/R组件的SOI CMOS工艺射频芯片

<正>南京电子器件研究所国博电子有限公司基于0.18 nm SOI CMOS工艺研制了多款用于相控阵雷达的射频芯片,包括1~1.7 GHz有源下混频器、0.7~4 GHz有源下混频器、X波段6位移相器和X波段5位衰减器,芯片照片见图1。下混频器集成了射频、本振放大器,混频器以及中频放大器;X波段移相器和衰减器均集成了驱动器和ESD保护电路。该系列芯片解决了高集成度、小尺寸以及低功耗雷达T/R组件的关键问题。     

静电聚焦速调管的新进展

前言目前,已研制出频率范围从超高频到C波段,功率电平从20瓦到1兆瓦的静电聚焦速调管。由于静电聚焦速调管重量轻、尺寸小以及效率高,已成为现代系统用的一种重要的微波放大管。目前这类管子正用在对流层散射通讯系统和机载脉冲多卜勒雷达的轻型发射机中。最近,曾研究将此类速调管用作电视广播     

基于LDMOS 器件的高功率宽带小型化功率放大器

相对于双极型Si功率器件,LDMOS功率器件在增益、线性度、可靠性等方面具有明显的优势而且成本较低。理论分析表明,固态雷达发射系统应用该功率器件可以减轻发射系统的重量和减小体积,提高输出功率和功率密度。本文依据相控阵雷达实际需求,利用LDMOS功率器件设计出一款P波段1000W高功率宽带小型化功率放大器。通过设计宽带输入、输出匹配网络实现放大器宽带工作(相对工作带宽50%),通过小型化紧凑电路设计和减重设计减小功率放大器体积和减轻重量,实现功放模块体积小(55×95mm)、重量轻(120g)的设计要求,通过漏极调制电路提高功率放大器的效率。实测结果与传统Si器件功率放大器相比,该功率放大器具有高输出功率及功率密度、体积小、重量轻、工作带宽宽的特点。     

机载脉冲雷达所用的行波管

目前,汤姆逊公司研制出了一族机载雷达发射机用的大功率行波管。其瞬时带宽在X波段为3～5％。对于从多普勒雷达所用的几千瓦到脉冲压缩雷达所用的100千瓦左右的峰值功率来说,这些管子的平均功率约为几百瓦。多普勒雷达的重复频率可达几百千赫。一个栅极系统可以以相对低的控制电压(对于45KV的阴极电压来讲低于1KV)调制电子束,电子束由钐—钴磁铁聚焦,其矫顽磁力大于7000奥斯特。采用一级或数级电压低于慢波结构电压的降压收集后,行波管的电子效率可达30～40％。     

动态

美国模拟器件公司推出新的RF/IF放大器美国模拟器件公司(AnalogDevices,Inc.),近日推出12款最新的覆盖全部射频(RF)信号链的RF放大器系列产品,从而扩展了ADI公司RF解决方案在业界的领军地位。这些最新产品与ADI公司业界一流的功率检测器、调制器、解调器、混频器和频率合成器产品相结合,允许设计工程师利用ADI公司的高性能集成电路(IC)实现完整的信号链解决方案,从而简化设计过程、提高供应链效率并且缩短产品面市时间。这些最新的RF放大器是为宽带应用和窄带应用专门设计的。当这些放大器与ADI公司的其它RF IC配合使用,能够设计和制造出先进的RF体系结构以适合多种注重性能的应用,例如通信基础设施设备、航海雷达和射频识别(RFID)阅读器。     

大功率宽带G波段行波谐波放大器研究

针对大功率太赫兹功率源的应用需求,设计了一种G波段行波谐波放大器。该放大器件利用行波管非线性过程产生的谐波电流,通过级联谐波段高频系统实现基波信号的谐波放大,获得大功率宽带太赫兹波功率输出。本文利用CST和MTSS软件完成了G波段行波谐波放大器优化设计,并通过三维PIC进行互作用精确仿真分析,研究结果表明,该放大器能够在G波段10 GHz带宽内获得大于2 W的输出功率,为后续实际器件研制奠定了技术基础。     

空间行波管的高效率冷却设计方法

用于高功率空间型行波管的热管,提供了一种把热量从其高度集中的区域散走的有效手段。在收集极和输出电路区域产生的热,通过与底板连成一体的纵向热管和横向热管,被分散到整个管子底板各处。结果,使管内各元件的温度降低了,底板各处的热密度也减小了。本工作的目的是要探索高效率冷却设计方法,并与先前在较低功率空间器件上得到证明的高效率电气设计技术结合起来,从而提高螺旋线空间行波管的功率电平。这些高效率电气设计技术包括:螺旋线电路相速渐变、多级降压收集极、低的介质加载和导电屏蔽加载以及集成管壳聚焦。还介绍了一项把管壳热量转移到底板上去的新技术。这种管子在E波段较低频率上,给出了300瓦连续波高频功率输出,在52％的总效率下,获得了40分贝的饱和增益电平。管子设计中取较低阴极负荷。管子工作时所呈现的温度也较低。     

固态脉冲射频发射机750千瓦功率系统

本文描述了AN/SPS—40发射机电源和功率的分配与控制系统。该发射机是大功率脉冲固态雷达发射机,最近由西屋电气公司为海军研制的。固态放大器从一个40伏直流电源系统中获得19,000安培以上的脉冲电流,功率高达750千瓦。放大器末级包括100多个射频放大组件。系统相邻两个脉冲的幅度变化量调整在40毫伏以下。即使在脉冲间歇时间变化的使用情况下,也能取得优良的射频相位稳定性与幅度稳定性。该固态放大器具有这样的性能:个别器件有故障,仍能可靠的工作,但性能有所下降,称为有限可靠性,这改善了本机可靠性。