星用S频段20W高增益线性化功率放大器的研究

为了满足卫星通信的特殊需求,研制完成了一款S波段高增益线性化固态功率放大器。固放输出功率为20 W。为了解决高增益的要求,固放内设计完成了小信号的高增益MMIC电路,固放增益达到95 dB,但仍能稳定工作。为了提高固放的线性度,在固放中设计预失真电路,改善了固放的线性化指标:IMD3(三阶交调)改善了3.5 dB,NPR改善了约2.1 dB,满足了系统的使用要求。固放主要包括两部分:小信号部分(LPS)采用MMIC器件,优化了整机体积和重量;高功率部分(HPS)采用内匹配的砷化镓场效应晶体管。通过优化放大器的工作点,减小器件端口阻抗失配,提高了放大器的工作效率5%。经过最终测试结果对比,固放性能优良,几乎达到国外同类产品的指标。

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。

基于谐波调谐的F类30W高效率放大器设计

文章基于CREE公司的CGH40025氮化镓HEMT器件,利用谐波调谐的方法,设计了一种L波段F类30W高效率放大器。该放大器由偏置电路、输入匹配电路及输出匹配电路构成。偏置电路由四分之一波长线和射频电容构成,完成电源供电与射频厄流作用。在输入匹配网络中,利用共轭匹配,完成增益最大化设计,同时,利用RC网络构成稳定电路。在输出匹配网络中,利用微带开路和短路阻抗线,完成了基波阻抗匹配、二次谐波阻抗短路和三次谐波阻抗无穷大的设计。在1.5GHz处进行连续波测试,放大器输出功率为45. 02dBm(31.7W),增益为15.7dB,功率附加效率(PAE)为71%,漏极效率(DE)为73%。在频率1.25GHz^1.52GHz的带宽内,功率变化范围为44dBm^45dBm,附加效率变化范围为50%~72%。测试结果表明,通过谐波阻抗的设计与调整,完成了对放大器输出电压和电流波形的控制,从而达到高效率放大器设计的目的。

星用X频段调制功率放大模块设计

为了满足遥感卫星对数传单机小型化的要求,文章提出了一种星用X频段调制功率放大模块的设计方法。首次通过采用半导体单片集成电路芯片,对射频电路进行创新性设计,将驱动放大、载波调制、功率放大等功能集成在一个模块中,实现功率放大器的小型化;其次,通过腔体谐振特性仿真及传输特性仿真,优化模块结构设计,保证模块的腔体稳定性以及优良的传输特性;最后,通过优化大功率芯片载焊工艺,改善模块散热特性,并通过红外热像仪测试对芯片焊接质量进行评估。研制出的X频段调制功率放大模块具有功率密度高、效率高、体积小、质量轻等优点。红外热像仪结温测试及静态老炼等试验结果表明,所研制的X频段调制功率放大模块可靠性较好,可满足星载应用要求。

工作点对氮化镓微波功率器件交调特性影响研究

氮化镓微波功率器件非常适用于卫星通信,而交调特性是通信载荷最重要的指标之一。文章首先结合器件输出特性测试结果,选取不同工作状态下的偏置点对氮化镓微波功率器件进行交调特性测试。测试结果表明,在不同的栅压范围内,器件交调特性呈现不同的变化趋势。其次,通过对器件进行跨导测试,研究交调特性与器件跨导特性的关系,并通过分析在不同偏置条件下器件跨导随射频输入信号的变化规律,对器件在不同工作状态下的交调特性进行解释。最后,通过氮化镓微波功率器件能带结构分析,研究了器件跨导随栅极电压变化的物理机制。文章的研究成果对氮化镓微波功率器件在卫星通信领域的应用具有指导意义。