ka波段大功率放大器的设计

《ka波段大功率放大器的设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、1引言硕士学位论文路的幅度和相位不可能完全一致，输出总功率比理想情况下的数值要小。另外，功率合成也是提高放大器线性度的有效方法。将两个相同的放大器进行二路功率合成构成新的功率放大器后，理论上ldB压缩点输出功率可以提高3dB。合成功率放大器的线性度，取决于单个放大器的线性度和功率合成器的合成效率。因此，最大限度地提高功率合成器的合成效率是研究和设计固态功率放大组件的重点和难点。1：2毫米波功率合成技术概述自上世纪六十年代以来，微波／毫米波功率合成技术就引起了国际上的广泛关注，经过几十年的发展，大致可以归纳为四种类型f5J：N用半导体芯片串联或并联的芯片级合成、利用谐振或非谐振电路的电路

2、合成、利用准光腔或自由空间波的空间合成，以及应用以上合成技术的混合合成。如图1．2．1所示：图1．2．1毫米波功率合成技术分类1．2．1管芯级功率合成管芯级功率合成是把两个或多个有源器件的管芯聚集在长度比波长小的散热基底上，以串联以及串并联的方式链合起来，然后加上输入、输出匹配电路，就可以获得较大的输出功率。管芯级功率合成的概念首先是由Josenhans于1968年提出【6】，他将三个IMPATT二极管管芯安装在一块金刚石上，使它们在电性能上串联，在热传输2硕士学位论文Ka波段大功率放大器的设计路径上并联，这种连接方式提高了输入阻抗，降低了热阻，在13GHz输出4．5W，从而最早实现管

3、芯级功率合成。输入匹配网络输出匹配网络功率FET的臀：5合成图1．2．1．1功率FET的管芯合成管芯级功率合成具有电路性能稳定、频带宽、效率高、体积小等优点，但是，由于管芯合成的特殊性，需在同一基板上将多个管芯直接并联或串联，若合成数量增多，势必引起阻抗匹配的难度，而且基板绝大部分面积用于无源匹配与合成传输线的制作，传输线损耗相对较高，合成效率将会受到影响；并且随着频率的升高，各管芯之间的距离相对于工作波长而言，已不能忽略了，合成管芯数量增大，信号到达每个管芯时，将不再认为具有相同的电磁场环境，也会降低合成效率。对于功率器件而言，散热是首要考虑的问题，由于各管芯间距离很小，工作时相互热

4、作用是不可避免的，每个管芯实际散热面积很小，若合成管芯数目过多，加大了器件的散热难度，在毫米波频段中，尤是如此。总之，即使工艺水平如何发展，仅靠管芯合成来提高功率输出的能力是十分有限的。1．2．2电路级功率合成电路级功率合成是进～步提高系统功率输出的有效手段，是目前比较常用的功率合成方法。通过功率合成器把两个和多个功率管放大器组合在一起，以获得较大的输出功率。根据采用电路形式不同，分为谐振式功率合成与非谐振式功率合成。(1)谐振式功率合成谐振式功率合成是将多个单独固态器件的输出功率通过耦合的方式耦合到合成腔内以提高整个电路的功率输出。这种合成方式在二极管器件上的应用，特别是振荡合成，已

5、经十分成熟，主要是用于毫米波高端。其优点是由于器件功率直接耦合到谐振腔体内合成输出，路径损耗小，合成效率高。主要缺点是：合成电路Q值高，工作频带窄(小于百分之几)，而且，可用于合成的器件数目受腔体模式限制，后者是因为随着合成器件的增多，频率的升高，腔体空间会越来越小，各种不连续边界所产生的模式将变得越来越复杂，从而严重影响合成器工作的稳定性、合成效率以及输出功率。(2)非谐振式功率合成此种合成方式是将多个功率单元通过功率分配一合成网络连接起来，获得更大的气l引言硕士学位论文输出功率。其特点是：工作带宽由功率分配一合成网络决定，一般来说，都大于谐振式合成；功率分配一合成网络为各合成单元间

6、提供了一定的隔离，从而基本上消除了由单元间的相互作用引起的不稳定性；合成效率主要是由各合成单元输出信号之间的相位、幅度以及合成电路本身的损耗决定。按不同的电路合成方式，有三种类型：①二进制(树形)功率合成功率分配一合成电路采用3dB电桥形式主要有：T形结、Wilkinson电桥、Lange耦合器、支线耦合器、3dB环形电桥等。其原理框图如图1．2．2．1所示2N2N-12N-Z21相加器N级功率合成图1．2．2．1二进制功率合成器示意图扒’一．吵捐台■——嘴羞气捐台▲———]▲功率输出图1．2．2．2Wilkinson功率分配器、Lange耦合器、支线定向耦合器示意图在构成功率合成放大

7、电路时，图1。2．2．2中三种电路形式能使整体电路达Nd,型化的要求。Wilkinson功率分配器结构简单、两路幅度和相位平衡度较好、能够同相输出；Lange耦合器体积小、频带宽、隔离度良好；支线定向耦合器输入输出反射系数小、隔离度好。二进制功率合成器的主要限制因素在于损耗【刀，如图1．2．2．3所示，因为每个相加器都有损耗，随着器件合成数目的增加合成效率急剧下降。相对于微带线、共面波导等平面电路结构，波导在损耗方面有着显著的优势，如图1．2．