一種專用X波段固態(tài)放大器的設(shè)計(jì)

1、一種專用X波段固態(tài)放大器的設(shè)計(jì)郝海濱（西安電子工程研究所生產(chǎn)四室 西安 710100）【摘要】：介紹了X波段固態(tài)放大器的理論設(shè)計(jì)和方法，并用微波仿真軟件對(duì)其偏置電路和匹配電路進(jìn)行優(yōu)化仿真，給出了仿真結(jié)果和電路版圖。通過制作和調(diào)試該放大器，測(cè)試驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方法的可行性并給出了該功放的測(cè)試數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：固態(tài)功放，砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，X波段，駐波1概述本固態(tài)功率放大器是作為某雷達(dá)前置功率放大級(jí)，用來推動(dòng)末級(jí)行波管放大微波信號(hào)。其輸出功率不大，體積小，重量輕，安全性好，可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定可靠的工作。主要技術(shù)指標(biāo)：工作頻帶： X波段工作帶寬： 1000MHz工作方式： 連續(xù)波工作輸入功率： 10-20dBm輸

2、出功率： 30dBm雜散： -60dB供電： 12V/1.5A2 功放設(shè)計(jì)方案2.1 微波晶體管放大器對(duì)小信號(hào)，大信號(hào)作用時(shí)的輸入輸出匹配電路的設(shè)計(jì)思想是不同的。小信號(hào)放大器設(shè)計(jì)中對(duì)輸入輸出電路的設(shè)計(jì)是為了所需的穩(wěn)定增益和帶寬；而大信號(hào)放大器設(shè)計(jì)主要是為了良好的集電極效率和飽和輸出功率，以及良好的穩(wěn)定性。這里采用了大信號(hào)散射參數(shù)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.2功放組成本固態(tài)功放由放大鏈和偏置電路倆部分組成。偏置電路為微波器件提供了所需的柵極電壓和漏極電壓，并進(jìn)行加電時(shí)序保護(hù)。放大鏈的功能是將頻率源送來的10mW連續(xù)波放大到1W功率輸出。2.3 放大鏈放大鏈整體原理圖模型為了達(dá)到所要求的功率和增益，根據(jù)微波功

3、率管的性能參數(shù)，放大鏈采用了四級(jí)放大,場(chǎng)效應(yīng)管選用共源組態(tài)具有高增益，低噪聲和最好的放大器穩(wěn)定性。第一級(jí)采用了低噪聲，高增益放大管EPA040A-70,其增益10.5dB，功率P-1=23.5 dBm，將頻率源送來的發(fā)射信號(hào)功率由10mW放大到223.8mW；第二級(jí)采用了MITSUBISHI公司生產(chǎn)的MGF2415A,其增益7.5 dB，功率P-1=27.5dBm，將功率放大到562.3 mW；第三級(jí)采用了MITSUBISHI公司生產(chǎn)的MGF2430A,其增益6.5dB，功率P-1=30.5dBm，將功率放大到1122mW；第四級(jí)采用了MITSUBISHI公司生產(chǎn)的MGF2445A,其增益6d

4、B，功率P-1=32dBm，將功率放大到1584mW；因?yàn)樗x用的微波場(chǎng)效應(yīng)管不是內(nèi)匹配管，因此為每一級(jí)都設(shè)計(jì)了匹配枝節(jié)，其中包括總的輸入輸出匹配枝節(jié)。級(jí)與級(jí)之間采用共軛匹配以實(shí)現(xiàn)功率的最大傳輸。由于微波場(chǎng)效應(yīng)管是單輸入單輸出，直流和高頻共用一個(gè)端口，為了使高頻信減少對(duì)直流饋電的干擾以及自身的損耗，匹配枝節(jié)和饋電枝節(jié)結(jié)合起來一起優(yōu)化。通過用ANSOFT DESIGNER仿真優(yōu)化，級(jí)與級(jí)之間的匹配做到駐波1.5以下，放大器增益可達(dá)30dB,穩(wěn)定性因子遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1。因?yàn)轭l率高，微帶板的接地很重要。為了使微帶板良好接地，把微帶板燒接在鍍銀銅板上，再把銅板安裝在殼體上。2.4 電源偏置電路本功放所用的微

5、波功率放大器件是砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)管，場(chǎng)效應(yīng)管要求開機(jī)時(shí)先加?xùn)艠O電源,后加漏極電源；關(guān)機(jī)時(shí)先關(guān)漏極電源, 后關(guān)柵極電源,否則內(nèi)部就會(huì)被燒毀。電源偏置電路能自動(dòng)先加?xùn)艠O電源,后加漏極電源;關(guān)機(jī)時(shí)先關(guān)漏極電源,后關(guān)柵極電源。各級(jí)場(chǎng)效應(yīng)管的靜態(tài)工作點(diǎn)如下：第一級(jí)放大器EPA040A-70的放大器輸入駐波放大器增益電源是6V，-0.56V/60mA,第二級(jí)MGF2415A的電源是9.8V，-1.5V/150 mA,第三級(jí)MGF2430A的直流工作點(diǎn)是9.8V，-1.5V/300 mA，第四級(jí)MGF2445A的直流工作點(diǎn)是9.8V，-1.5V/450 mA。3 功率 通過實(shí)際調(diào)試放大器輸出功率在9.05GHz10.75GHz頻帶內(nèi)輸出功率大于1W,理論上頻率可以達(dá)到11GHz。自己最初設(shè)計(jì)是按中頻點(diǎn)設(shè)計(jì)的，由于頻帶較寬，最后在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)高頻端功率偏小。