Ku波段30W固态功率放大器

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Ka频段宽带空间功率合成放大器

件功率合成。
在设计的同时考虑了实物加工对结构的影响。对微带线与芯片之间的金丝互连结构进行了接近实际的模拟分析。最后采用三金丝来连接微带线和芯片，仿真结果表明，金
丝对整个网络损耗的影响很小。
关键词：毫米波，空间功率合成，新型功率合成结构，Ｈ面双探针
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒｉｓｔｈｅｋｅｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｎ
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ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐａｎｄＭＭＩＣｓ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｗｓａｖｅｒｙｌｏｗｉｎｓｅｒｔｉｏｎｌｏｓｓｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｎｅｔｗｏｒｋ．
波段（１４．０ＧＨｚ，１３．７５ＧＨｚｔｏ１４．５ＧＨｚ）的ＳＳＰＡ的ＭＢＢ．ＫＵＳ０８０输出功率最大为１００Ｗ，
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３１．０ＧＨｚ）的ＳＳＰＡ的
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ＪＮＢ．ＫＡＭ０５０输出功率最大为５０Ｗ，增益为６０ｄＢ，体积为１２．５木１４枣６
ＩＴＳＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ＡｄｖａｎｔｅｃｈＡＭＴ、Ａｃｏｒｄｅ
功率合成技术发展至今，大致可分为４类【５】：芯片级功率合成技术，电路式功率合成技术，空间功率合成技术，以及应用以上合成技术的混合合成技术。实际应用中，根据
２
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硕士论文
Ｋａ频段宽带空间功率合成放大器

Ku波段单片功率放大器设计与制作

集成电路设计与应用IC Design and ApplicationDOI:10.3969/j.issn.1003－353x.2011.06.014Ku波段单片功率放大器设计与制作刘如青，吴洪江，高学邦，付兴昌，倪涛(中国电子科技集团公司第十三研究所，石家庄050051)摘要:介绍了一种Ku波段GaAs功率放大器芯片的研制过程。

芯片采用电抗匹配电路结构，三级级联放大，末级采用多胞器件进行功率合成，实现了电路的高增益和所要求的功率输出;另外，还对元器件模型技术、GaAs MMIC测试技术等进行了相应描述。

在芯片的研制过程中，利用ADS软件进行仿真及优化，利用电磁场仿真进行版图设计。

在4英寸(100mm)0.25μm GaAs PHEMT工艺线上完成芯片制作，在12.5 15.0GHz的频率范围内，脉冲饱和输出功率Po 大于34.7dBm(脉宽100μs，占空比10%)，功率增益G p大于19.7dB，功率附加效率PAE大于30%，功率增益平坦度小于ʃ0.4dB。

该芯片可以应用到许多微波系统中。

关键词:Ku波段;功率放大器;脉冲;芯片;砷化镓中图分类号:TN304.23;TN722.75文献标识码:A文章编号:1003－353X(2011)06－0470－04Design and Fabrication of Ku-Band Monolithic Power Amplifier Liu Ruqing，Wu Hongjiang，Gao Xuebang，Fu Xingchang，Ni Tao(The13th Research Institute，CETC，Shijiazhuang050051，China)Abstract:The research process of a Ku-band power GaAs MMIC was introduced．The structure of reactively matching network was introduced to realize a power MMIC．Good performance of high gain and high output power was achieved by a power combination technique using a three-stage amplifier．Also some key technologies were described，such as the modeling and testing technologies of GaAs MMIC．During the research and development process，the measurement system was built up，and the circuit was simulated by ADS．After that，the layout was designed with EM simulation．The chip was fabricated at the4inch(100mm)0.25μm GaAs power PHEMT process line．The performance of the power amplifier is higher than34.7dBm saturated output power(pulse width of100μs，duty cycle of10%)，more than19.7dB power gain，30%power-added efficiency andʃ0.4dB gain flatness from12.5GHz to15.0GHz．The MMIC can be used in many microwave applications．Key words:Ku-band;power amplifier;pulse;chip;GaAsEEACC:12200引言GaAs单片功率放大器具有线性好、集成度高、结构紧凑、可靠性高、体积小等优点，是无线通信、导航、卫星通信等微波系统的关键元器件。

星用固态功率放大器热设计研究

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Ｑ２０＿３
４．９１
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壳温（算值）℃）计（
设计结温（算值）（）计 ℃
５．２３
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５．０９
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４０
壳温（测值）℃）实（结温（测值）（实 ℃）Ｉ降额温度（）级 ℃
关键词：态放大器；热阻；模拟仿真固
中图分类号：ＴＮ７２２
文献标识码：Ａ
ＴｈｅｍａｓｇｆＳｌｄＳｔｔｗｅｒｌＤｅｉｎｏｏｉ — ａｅＰｏｒＡｍｐｌｆｅｉｉｒＵｓｎｎＳｔｌｉｅＵｓｇ ‘ ａｅｌｔＲＩｌｉｌ
Ｑ、结温应低于１０，。Ｑ。０ ℃ 并尽量留有余量。
功率器件以直接或通过扩热板方式安装在功率放大器壳体上，其传热方式主要为接触传热。
图１功率放大器内部发热元器件分布图
由接触传热公式：
功率单片放大器Ｑ、Ａｓ８功率管Ｑ。ＧａＧａＷ、Ａｓ１Ｗ功率管Ｑ。８。
在该产品热设计输入条件中，率放大器的功工作温度范围为一１￣４ ℃ ，０５在此条件下，根据文献［］的Ｉ降额要求，结温应低于８＂１中级Ｑ５Ｃ，
第２期
周明，：用固态功率放大器热设计研究等星

Ku波段300WBUC线性固态功放研制

Ku波段300WBUC线性固态功放研制作者：周二风来源：《无线互联科技》2021年第20期摘要：文章介绍了一种Ku波段300W BUC线性固态功放的研制。

该功放采用12路氮化镓功放芯片，通过波导功率合成技术和预失真技术相结合的方式，实现连续波输出功率可达300 W，线性度三阶互调可达-27dBc@52dBm以上，谐杂波抑制度可达-60dBc以上的性能。

固态功放效率高达20%，同时其功放内部自带频率源和上变频功能。

功放具有高集成度、高稳定性、高可靠性等特点，并具备完善的监控保护功能和友好的人机交互界面，可面向工程化应用，满足卫星通信系统中央站或区域站需求。

关键词：氮化镓功放;预失真;功率合成;上变频模块0 引言随着卫星通信系统的飞速发展，系统对高效、宽带大功率固态功放的需求与日俱增，大功率固态功放作为微波、毫米波发射链路中的核心设备将逐渐取代行波管放大器，其在线性度、使用寿命和可靠型等方面具有明显优势。

同时，通信产品的高集成化趋势日益明显，大功率通信系统射频前端高集成化也是大势所趋。

本文介绍了一种Ku波段300W BUC线性固态功放工程研制，其具有高集成度、高线性度等特点。

该功放连续波输出功率可达300W以上，三阶互调线性度高达-27dBc@52dBm。

此外，固态功放还具有友好的人机交互界面及完善的监控保护功能，工程实用性较强。

1 整机方案设计及工作原理根据固态功放功能将其划分为BUC上变频及功率驱动单元、Ku 300W末级功放单元以及电源和监控处理单元等部分，并将其集成于标准3U机箱内。

该固态功放同时具有失锁、过压、过流、过激励、过反射、过温等告警保护功能，采用内嵌式操作系统控制方式，具有高效的多任务处理能力。

此外，人机交互通过彩色触屏监控，方便工程应用。

该固态功放的主要功能是将来自卫星Modem中频信号进行上变频，同时对上变频后的射频信号进行功率放大，以至于射频信号能量足以发射到空间卫星转发器，以此满足卫星通信功率需求。

Ku波段固态高速脉冲功率放大器的设计与实现

系统的输人功率Ｐ一８Ｂ输出功率Ｐｉ ±ｌｍ；ｄ。
一３ ±１ｄｍ；１Ｂ工作频段是 ±２０ＭＨｚ，在Ｋｕ５（ｏ波段内）回波损耗ＲＬ优于１Ｂ；求开关时间；５ｄ要（升沿和下降沿）上Ｔ４ｎ，ａ４ｎ；关隔ｓＴｆｊｓ开１
ｈｎｓｌｔｏｉｇｉｏａｉｎ
ＥＥＡＣＣ：２２２７０１０；５
Ｋｕ波段固态高速脉冲功率放大器的设计与实现
王超，陈晓光
（复旦大学通信科学与工程系，上海２０３）０４３
摘要：提出一种Ｋ波段固态高速脉冲功率放大器的设计方案。ｕ通过分析ＰＥＨＭＴ器件模型，精心设计ＧＡＨＭＴ功放ａｓＥＰ
ｍｏｕｅＩｌｎａｉｎｏｈｎｉｙｔｍａｄｍｅｓｒｄｒｓｈｆｍａｒｐｒｍｅｅｓｉｍａｌｉｅ．ｄｌｍｐｅｔｔｆｔｅｅｔｅｓｓｅｎａｕｅｅｕｓｏｊａａｔｒｓｉｙｇｖｎ．ｍｅｏｒｏｎ
Ｐｕｓｉｅｔｍｅｏｈｏｒｓｇａｓａｄｓｔｈｎｏａｉｎｉ７Ｂ．ｏｅｆｒｎｅｉｄｌｔｎｌｅｒｓｉｆｔｅｐｗｅｉｎｌｓ４ｎｎｗｉｃｉｇｉｌｔｓ０ｄＧｏｄｐｒｏｍａｃｍｏｕａｉｉｓｏｎｏｓｅｄ，ｉｏａｉｎａｄｒｌｂｆｙｐｏｅｈｅｓｂｌｙｏｈｅｉｎｐｅｓｌｔｎｅｉｉｔｒｖｓｔｅｆａｉｉｔｆｔｅｄｓｇ。ｏａｉｉ
ＷＡＮＧａＣＨＥＮｉｏｇａｇＣｈｏ，Ｘａ—ｕｎ

Ku波段宽带固态功率放大器

Ku波段宽带固态功率放大器蔡昱;冯鹤;曹海勇【摘要】近年来,随着科学技术的发展,功率合成技术发展迅猛,多种合成方案被提出来,有微带线合成、波导腔合成、辐射线合成等等,但都有各自的优势和不足.文章介绍了一种Ku波段宽带固态功率合成放大器的工程实现.固放采用多芯片多级合成,根据工程应用的实际要求,每级合成采用了不同的合成方式.文章所研究合成功率放大器的基本单元模块由两个功率芯片通过Lange桥合成,在装入壳体合成之前单独调试,确保功率和相位基本一致后再用波导合成器进行功率合成.最后通过8路E面波导功分器将9W模块的功率合成在Ku波段宽带范围内大于60W的功率输出,测试数据和模拟数据基本吻合.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2011(011)002【总页数】4页(P30-33)【关键词】固态功率放大器;Lange桥;MMIC;波导功分器【作者】蔡昱;冯鹤;曹海勇【作者单位】南京电子器件研究所微波与毫米波专用模块电路研发部,南京,210016;南京电子器件研究所微波与毫米波专用模块电路研发部,南京,210016;南京电子器件研究所微波与毫米波专用模块电路研发部,南京,210016【正文语种】中文【中图分类】TN72在上个世纪40～50年代随着真空电子管技术的巨大进步，可在微波和毫米波频段获得大功率的微波电子管在军事和通信领域获得了广泛的应用。

但是在低噪声接收方面，电子管领域却始终找不到突破口，这主要与热电子流的随机起伏大、难于有效控制有关。

固态微波器件与电真空器件相比具有较小体积和重量、较低的工作电压、较长的使用寿命等特点，而且通常没有真空度和磁场的要求。

随着半导体材料和制造工艺的进步，人们在固态微波功率器件领域取得了突飞猛进的进展，在小功率范围全部取代了电真空器件，但是在大功率领域固态微波器件与电真空器件相比输出功率小3～4 个数量级，这使得固态微波功率器件在大功率领域的使用受到了限制，而固态功率合成技术可以使固态发射机的功率提高2～3 个数量级。

Ku波段固态功率放大器

Ku波段固态功率放大器
蔡昱;徐建华;成海峰
【期刊名称】《固体电子学研究与进展》
【年(卷),期】2009(29)4
【总页数】1页(PF0003-F0003)
【关键词】固态功率放大器;Ku波段;微波发射机;固态发射;脉冲宽度;预热时间;工作电压;脉冲调制
【作者】蔡昱;徐建华;成海峰
【作者单位】南京电子器件研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN722.75;TN943.3
【相关文献】
1.Ku波段波导内空间功率合成功率放大器 [J], 杨作成;李楠;孟旭东;
2.Ku波段宽带固态功率放大器 [J], 蔡昱;冯鹤;曹海勇
3.Ku波段固态高速脉冲功率放大器的设计与实现 [J], 王超;陈晓光
4.Ku波段功率放大器的研制 [J], 张艳妮;孙学君
5.KU波段GaN MMIC功率放大器的研究 [J], 孙嘉庆;郑惟彬;钱峰
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Ku波段80 W固态功率合成放大器的设计

Ku波段80 W固态功率合成放大器的设计张娟;湛婷;廖原;宋志东【摘要】利用波导电桥和微带双探针设计了一种Ku波段80 W固态功率放大器.波导电桥用于提高合成通道间的隔离度,波导-微带双探针则可提高模块集成度,从而实现了高密度集成下的大功率输出.该功率放大器在13.5～14.5 GHz频率范围内可实现80 W脉冲功率输出,且合成效率高于81％,附加效率高于25％.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2014(027)006【总页数】4页(P35-38)【关键词】波导电桥;波导-微带双探针;固态功率放大器【作者】张娟;湛婷;廖原;宋志东【作者单位】西安电子工程研究所专业7部,陕西西安710100;西安电子工程研究所专业7部,陕西西安710100;西安电子工程研究所专业7部,陕西西安710100;西安电子工程研究所专业7部,陕西西安710100【正文语种】中文【中图分类】TN722功率放大器是微波毫米波系统的关键部件之一，早期的微波频段功率放大主要通过真空管器件实现［1－2］，尤其第二次世界大战期间雷达系统的应用对大功率微波技术产生了巨大的推动作用，磁控管和速调管也得到了应用，并带动了行波管技术的发展。

微波固态功率器件是20 世纪70 年代发展起来的，相比于真空管放大器，固态功率放大器以重量轻、尺寸小、可靠性高、成本低等优点备受人们青睐，其应用也日益广泛。

由于固态高功率器件受散热、阻抗匹配和工艺等条件的限制不易实现，必须采用功率合成技术将多个MMIC 功放芯片进行合成来实现高功率放大器。

根据参与合成的电磁波模式，功率合成［3－4］技术可分为电路合成和空间功率合成两大类，采用不同的功率合成方式组合又形成了复合式功率合成技术。

本文提出了一种应用于Ku 波段的分支波导和波导－微带双探针过渡［5］相结合的4 路复合式功率合成网络，该结构可较好地保证功率等幅同相4 等分，以波导作为输入和输出，从而减少输出高功率能量的损耗。

基于GaN芯片的星载K波段固态功放研制

• 125•根据星载固放工作环境特点以及对固放高可靠性要求，本文介绍了一种K 波段星载固放，其内部提出了一款良好散热、保证气密的GaN 功率芯片封装模块用于功率合成。

该GaN 功率模块使用金刚石铜作为衬底底部和可伐材料拼接，能够满足气密性和散热需求，同时内部集成了宽带脊波导到同轴转接，易进行空间功率合成。

实测气密性优于1×10-1Pa·cm3/s ，满足可靠性和工程应用需求。

经过测试，整个固态单机的输出功率大于15W ，额定输出下效率21.5%。

1 引言京理工大学，2004；石雯，Ku 波段氮化镓功率放大器研究：杭州电子科技大学，2012；Dong Min Kang,Jong Won Lim,et a1.X-band 100 W solid-state power ampliﬁer using a O.25 μM GaN HEMT technology:MICROWA VE AND 0PTICAL TECHNOLOGY LETTERS 2015）。

因此，本文采用GaN MMIC 设计一款K 波段星载固态功率发射机，内部功率模块采用的是探针双脊波导过度和空间功率合成的方式。

该模块能够保证较宽的工作带宽、良好的导热率以及气密性。

整个固放输出功率大于15W ，功率增益大于45dB ，固放单机效率达到21.5%。

芯片封装的气密性优于1×10-1Pa·cm 3/s ，散热良好，满足特殊应用环境需求。

基于GaN芯片的星载K波段固态功放研制中国电子科技集团公司第十三研究所朱文思图1 宽带波导同轴探针过渡HFSS仿真模型示意图图2 宽带同轴波导转接仿真结果曲线目前，微波固态功放（SSPA ）相对于真空管放大器具有可靠性高、寿命长、工作电压低、尺寸小、重量轻等特点，因此在雷达、通信、卫星等领域中有着非常广泛的应用，其性能指标直接制约着整个系统的性能和技术水平。

基于GaAs 材料的功率器件已经无法满足对更高频率、更高功率的追求，这就需要新的材料来突破这个瓶颈（曹韬，曾荣，基于GaN HEMT 器件的宽带高效功率放大器：微波学报，2012；钮浪，石洁昀，潘威，X/Ku 波段宽带GaN 微波固态功放技术研究：科学与信息化，2018）。

Ku波段宽带固态功率放大器

带线合成、波导腔合成、辐射线合成等等，但都有各自的优势和不足。文章介绍了一种Ｋｕ波段宽带固态功率合成放大器的工程实现。固放采用多芯片多级合成，根据工程应用的实际要求，每级合成采用了不同的合成方式。文章所研究合成功率放大器的基本单元模块由两个功率芯片通过Ｌｎｅａｇ桥合成，在装入壳体合成之前单独调试，确保功率和相位基本一致后再用波导合成器进行功
第１卷，２１第期
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Ku波段多级功率放大器的研制

研制出的功率放大器测试结果如下: 在 17. 7 GH z～ 18 GH z 频率内, 该功率放大器输出功率大于 20 dBm , 输出功率起伏小于 1 dB。见图 7。
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© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
图 4 放大器的驻波比曲线
功率放大器的输入输出驻波比也是一个重要的参数。它影响放大器前后电路的性能。功放的输入输出
图 5 放大器的版图
驻波比曲线如图所示, 在频带内驻波比最大为 2. 2。 8 功率放大器的测试结果及结论
6 功率放大器的板图
功率放大器如图 5 所示。尺寸: 21 mm ×17 mm。为了便于调试, 电路采用双电源供电。滤波器采用
电子工程师
微电子与基础产品
V ol. 29 N o. 4 2003
Ku 波段多级功率放大器的研制Ξ
D esign of M ultistage Power Am pl if ier in Ku Band
廖佳, 于小军 (南京理工大学电光学院江苏南京 210094)
【摘要】研制了 Ku 波段多级功率放大器。该放大器采用难度大但尺寸小的级间共用匹配电路方式进行级间匹配。达到指标要求。
7 汤焱, 莫玉龙. 第二代小波变换应用于图像的无损压缩编码. 中国图形图像学报, 2000 (8) ■
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000。该管芯的参数如下: 典型工作状态 V ds= 5 V , I ds = 140 mA ; 8. 5 GH z 增益 9 dB; 1 dB 功率压缩点 24 dBm。该管芯的源极已经和背面的金属通过通孔连接在一起, 所以, 使用时只需将背面的金属直接接地就可以, 不需要再将源极与地连接。

Ku波段功率放大器的研制

在提取的ｌｉｐＲＯＯＴ模型的基础上对放大器电路１、２进行模拟、优化，在这过程中，根据ＨＰＲＯＯＴ模型的特点，对器件工作状态进行模拟，并由此调整匹配元件值。

小信号和输出功率模拟结果如图４、５所示。

５制作工艺和器件选择单片功率放大器采用０．５ｕｍＰＨＥＭＴ工艺，翻作的０．５ｍｍ栅宽器件ｆｍａｘ～６０ＧＨｚ左右·在Ｋｕ波段高端，器件频率特性比较临界，只能基本满足放大器对器件频率特性的需求。

同时由于采用矩形栅工艺（未采用Ｔ形栅工艺），因此器件单指橱宽不宜过大．设计中放大器１前级器件单指栅宽３５ｕｍ．后级器件单指栅宽５０ｕｍ；放大器２器件单指栅宽５０ｕｍ。

电容采用Ｓｉ，Ｎ‘和ＴａＯＩｖｌｌｌｖｌ电容，方块容值分别为２６０ｐｆ／ｍｍ２和６００ｐｆ／ｍｍ２。

电阻采用ＴａＮ金属薄膜电阻，方块阻值２５ｏ。

整个单片工艺在南京电子器件研究所中７６ｒａｍ工艺线上完成。

研制的放大器芯片如图６所示。

图６ａ放大器１芯片（芯片尺寸：１，４￥ｍｍＸ２．３ｒａｍ）研制结果由于放大器工作频率较高，常规的装配测试将对放大器的性能产生影响，不能准确的反映放大器的特性，较好的解决办法是采用微波探针在片测试。

图７所示的是微波探针测量的单片放大器ｌ的小信号特性。

将放大器单片装盒后测量的功率特性结果如图８所示。

从圈７和圈８的测量结果和模拟结果比较图６ｂ放大器２芯片（芯片尺寸：３．１５ｍｍＸ３．１４ｒａｍ）图７单片放大器１小信号测试结果图８ａ放大器１输出功率特性ｆＰｉｎ＝ｍｄＲｍｌ·３８２·图８ｂ放大器２输出功率特性（Ｐｉｎ－－－２４ｄＢｍ）分析可以看出。

实验结果与模拟结果比较吻合．这表明设计所采用的非线性模型ｌｉｐＲｏｏｔ＂模型在一定范围内准确、可用。

图９放大器电路框图图１０Ｋｕ波段功率放大器输出功率特性（Ｐｉｎ＝６ｄＢｍ）根据需求，按照图９所示的电路框图进行放大器的组装，由于采用Ｌａｎｇｅ耦合器进行功率合成，放大器具有非常好的输出驻波性能，在所需要的频段内，输岱驻波比基本在１．５以内．最终放大嚣的输出功率特性如图ｌ驯养示，输出功率大于３２ｄＢｍ．由于采用ＧａＡｓＩｖＩＭＩＣ芯片，整个放大器尺寸为２０Ⅱ蛐×１８ｍｍ×７ｍｍ。

自制30W＋30W电子管功率放大器

自制30W＋30W电子管功率放大器
耿建波
【期刊名称】《电子制作》
【年(卷),期】1999(000)010
【摘要】晶体管机一般有迅猛的速度感,出音紧凑、清劲,但不足之处是在声音的质感上显得浮躁、不耐听。

胆机的优点是音色好,声音特别醇厚、甜润。

但胆机售价
之高足让工薪烧友望而却步。

最近,笔者设计打造了一款造价低廉、元件要求不高、调试简单的胆机。

其出音之靓确在期望之上。

现介绍给工薪烧友,以供参考。

一、
电路特点整机电路(左声道)如图1所示。

本机采用“长尾式倒相+电压放大+推挽
输出”模式。

工作点调定在AB类。

对比传统的“
【总页数】3页(P4-6)
【作者】耿建波
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TN722.75
【相关文献】
1.TSE（胆圣）Line-1电子管前置放大器、SE-845单声道电子管功率放大器 [J],
2.声雅C—V1电子管前置放大器、P-VSD150电子管／晶体管混合型功率放大器[J],
3.美星MC300845-AB电子管单声道功率放大器、MC-2A3电子管前置放大器（高级版） [J],
4.自制50W电子管功率放大器：每期一款胆机 [J], 简雪元
5.声雅C-V1电子管立体声前置放大器／P-VSD150电子管与晶体管混合型立体声功率放大器 [J],
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KU波段卫星功放预失真电路及温度补偿设计

电子电路设计与方案在通信卫星功率放大器的电磁兼容设计中，功放的线性化是首要解决的问题。

由于航天载荷等因素的限制，需要尽可能的挖掘功放自身的潜力以提高其输出功率，这就对卫星功放的线性化设计提出了更高要求[1-3]。

预失真是功放线性化中最重要的一种技术，通过在功放输入端之前加入预失真电路，让信号经历与功放非线性特性相反的失真，这两种相反的失真叠加后使得功放输出端的线性范围增加，从而有效提高功放输出功率[4-5]。

通信卫星在太空中的环境温度变化非常大，向阳面和背阳面的温度差在100℃以上，如此剧烈的温差对卫星功放预失真电路的性能影响很大，其增益和相位特性随温度变化越小越好，因此必须进行功放预失真的温度补偿。

每一种预失真电路都有特定工作频段，在工作频段外不发挥作用，目前已报道的预失真电路大多工作在L波段、S波段等低频波段，以及Ka波段等毫米波波段[6-7]，项目亟需的13-15 GHz功放预失真电路及温度补偿须自行设计。

目前的文献中仿真结果和实验结果均具有良好的一致性，这证明了利用软件设计预失真电路及温度补偿电路的可靠性。

目前的预失真电路设计方法，一般是用SPICE、ADS等进行肖特基势垒二极管（SBD）建模分析，然后构建单级和多级SBD预失真电路，并与实验值比较。

本文首先用SBD和PIN二极管设计单级和多级预失真电路，再引入PIN二极管和对管电路结构进行预失真特性和温度特性优化设计，从电路结构的优化设计中改进预失真电路的温度特性，并与国内外文献中的已有结果进行对比。

1 K u波段功放预失真技术及温度补偿原理■1.1 K u波段功放的预失真技术功放预失真的本质是基于信号叠加原理，每一款功放都只在特定输入功率范围内具有线性，当输入功率超过输入1dB压缩点时，输入功率增加但输出功率保持不变，功放呈现非线性特性。

在功放的输入端前加入与功放非线性特性相反的非线性电路，信号在进入功放前已被非线性电路进行了与功放特性相反的失真，信号依次经历非线性电路和功放后，输出信号和输入信号之间的线性范围得以扩展。

30W功率放大器的原理分析

30W功率放大器的原理分析作者：王剑新杨志义来源：《科学与财富》2017年第27期摘要： 30W功率放大器是10KW调频发射机中1.2KW功率放大器的前极推动。

激励器输出的射频信号经过30W功率放大后去推动末极的6×300W功率放大器。

关键词：场效应管；阻抗匹配；三端可调稳压器一、引言海纳公司生产的10KW调频发射机共有8个功放盒，每个功放盒包括1个30W功率放大器和 6个300W功率放大器及其它的一些保护电路和检测电路。

射频信号由激励器输出经过分配器平均送到8个功放盒的 30W功率放大器，再经过30W功率放大器放大后平均送至末极的6个300W功率放大器进行放大。

在本文中主要介绍 30W功率放大器的原理及它的一些功能。

二、30W功率放大器的原理30W功率放大器主要由输入匹配电路、输出匹配电路、场效应管、栅极偏置电路和电源调整部分组成。

电路原理如图一所示。

激励器输出的射频信号（约为1W）由30W功率放大器（XS1）输入经过一个20W、50Ω/4dB（R40）衰减器，该衰减器的作用一是防止过大激励的输入，二是防止阻止由于阻抗失配而反射的功率串入激励器。

送入输入匹配电路，经过阻抗匹配和场效应管BLF177的栅极相匹配，匹配后的射频信号经过场效应管BLF177进行放大（约为20W），再经过阻抗匹配，场效应管BLF177的漏极与输出匹配电路相匹配，将放大后的射频信号由XS2输出送入末极的6个300W功率放大器再进行放大。

再经过栅极偏置电路和电源调整电路对场效应管BLF177进行保护和调整，使其工作在一个正常和安全的环境中。

具体的原理在下面进行详细的介绍。

三、30W功率放大器各电路的原理1、输入匹配电路输入匹配电路是将输入端的50Ω阻抗，通过一个LC匹配电路-采用切比雪夫微带变阻滤波器与BLF177的栅极输入阻抗相匹配，C3为薄膜介质可调电容器，通过调整C3可改变其谐振点，使输入匹配为最佳点，输入匹配电路中的所有电感均为微带线的形式，在原理图中没有标出位号，以粗黑线段表示。

900MHz Orion 12W和30W功率放大器单元维护指南说明书

LBI-39054Printed in U.S.A.MAINTENANCE MANUALORION ™DESCRIPTIONThe R adio F requency (RF) Power Amplifiers for the ORION™ 900 MHz mobile radio are provided in two differ-ent frequency ranges and power levels designated as follows:•344A4575P1 (CAH-590L) - 12 Watt used in low powerapplications•344A4575P2 (CAH-590H) - 30 Watt used in high powerapplicationsThe exciter for each of the two power amplifiers is located on Synthesizer/Receiver/Exciter board CMN-359-1. This ex-citer circuit provides approximately 9 milliwatt input to the PA (refer to Maintenance Manual LBI-39057).The PA assembly uses two power modules to provide 12 Watts of output power for the 12-Watt amplifier. A power tran-sistor is used to amplify the 12 Watts up to 30 Watts of output power for the 30-Watt amplifier (Refer to Figures 1&2). Each power amplifier is provided with an antenna switching circuit to isolate the receive circuit from the transmit circuit, limiting the receiver input from being over driven due to large RF sig-nals. Each power amplifier has a power detect circuit which controls an A utomatic P ower C ontrol (APC) circuit to keep the power output constant. A low-pass filter is provided in the antenna circuit to reduce harmonic emissions. A keyed TX 9V regulator is provided to power the APC circuits.T est P oints (TP) are printed circuit board terminals for measuring control voltages.Typical voltages are as follows:12-Watt Amplifier30-Watt Amplifier •TP1 (A+)13.5 V13.2 V •TP2 (Control V oltage) 3.83 V 3.32 V •TP3 (Forward Power 1.71 V 2.04V Detect)•TP4 (TX 9V)8.93 V8.54 V •TP5 (APC V oltage on 1.71 V 2.04 V output of DC AMPL IC2-1)•TP6 (Voltage to HC1,12.5 V12.3 VPins 3 &4)•(TP7 APC V oltage) 3.40 V 3.40 VCIRCUIT ANALYSISSUPPLY VO LTAGESupply voltage for the power amplifier is connected frompower leads on the System Interface Board to J3 (A+) and G(A-) on the PA Board. Diode CD7 is a surge protector to sup-press pulses on the power leads. (Diode CD1001 in the P AUNIT will cause a fuse to blow if the voltage polarity is re-versed. Refer to the PA INTERCONNECTION DIAGRAM)12-WATT AMPLIFIERThe Exciter output is coupled through connector J151 onthe Synthesizer/Receiver/Exciter Board to input connector P1on the PA board. The 9 milliwatt (typical) RF input at P1 iscoupled to power module HC1 through an attenuator pad con-sisting of resistors R1-R3. This pad provides isolation betweenExciter and PA. The power module (HC1) amplifies the exciterinput to 0.6 watts.Power module HC1 consists of a three stage RF amplifier(Refer to IC DA TA). The supply voltage for all stages of thisamplifier is provided by TX 9V regulator IC1. This voltage canbe measured at TP4. The 0.6 Watts from the output of HC1 iscoupled to power module HC2 through an attenuator pad con-sisting of resistors R4-R7. This pad reduces the 0.6 watts to400 milliwatt.Power module HC2 consists of a three-stage RF amplifierand amplifies the 400 milliwatt input to 12 Watts output (Re-fer to IC DATA). The first stage power supply voltage is sup-plied by the IC1 (TX 9V).The second stage is powered by thepower control circuit. This voltage can be measured at TP2.The second and third stage power supply voltage is suppliedby SMOOTHING FILTER transistor TR2. The second andthird stage RF amplifiers operate as class C.The 12 Watts output is coupled to the ANTENNA and AN-TENNA SWITCHING circuits through 50 ohm stripline Z3.30-WATT AMPLIFIERThe 12 Watts output of HC2 is coupled to the base circuitof power amplifier transistor TR1 through , impedance match-ing components consisting of capacitors C13 through C16, in-ductor L2 and impedance matching network Z1 throughcoupling capacitor C12. Transistor TR1 amplifies the 12 Wattlevel to 30 Watts. The output of TR1 is coupled to the AN-TENNA and ANTENNA SWITCH through impedancematching components consisting of impedance matching net-work Z2, capacitors C17, C18, C23, C24, C25, C67 and induc-tor L6 through coupling capacitor C33 and 50 ohm striplineZ3.ANTENNA SWITCHINGThe Antenna Switching circuit consists of two PIN di-odes, CD3 and CD5, and a quarter-wave circuit with"lumped" constants capacitor C43 and inductor L9. Capaci-tor C43 and inductor L9 take the place of a quarter-wave mi-cro stripline. When TX 9V output goes high, bias currentflows through switching diodes CD3 and CD5. A low im-pedance now exists at the anode of CD5 and a high imped-ance exists at the node connection of C43 and L9. Thisisolates the transmitter power from the receiver. Diode CD3is now an RF short and along with capacitor C33, couplesthe power to the lowpass filter and on to the antenna.TX 9V SWITCHWhen the TX ENB lead, located on the Synthesizer/Re-ceiver/Exciter board, goes low, the DC voltage on J151 goeslow. On the PA board, the DC voltage on P1 also goes lowcompleting the circuit for diode CD8. With CD8 conducting,TX 9V Switch PNP transistor TR6 conducts, applying A+(13.32 V) to the input of +9 V olt Regulator IC1. The regu-lated +9 volts applies bias to power modules HC1 and HC2,operational amplifier IC2, switching diodes CD3 and CD4and on the 30-Watt amplifier, transistor TR6 through biasingresistor R25. This voltage can be measured at TP4.AUTOMATIC POWER CONTROLThe A uto P ower C ontrol (APC) circuit protects thetransmitter PA from damage due to:a. excessive output powerb. excessive reflected powerorc. excessive temperatureThe output power control circuit allows the RF outputpower to be set at rated power by the APC voltage from theLogic/IF/Audio Board. If the output power of the P A in-creases, the detected voltage and the APC input to opera-tional amplifier IC2-2 increases. The output voltage ofoperational amplifier IC2-2 decreases. This causes DCDRIVER transistor TR5 to conduct less. This increases thebase voltage on PNP DC PASS transistor TR4, causing it toconduct less. This results in less voltage being applied to thefirst amplifier stage in RF power module HC2, reducing theoutput power of the PA in proportion to the increases in out-put power detected by the circuit.To protect the PA against badly mismatched loads, a re-verse (reflected) power detector circuit (VSWR) consistingof diode CD1, transistor TR5, operational amplifier IC2-2and pass transistor TR4 detects reverse (reflected) power.When sufficient power is detected by CD1 to cause it to con-duct, the voltage at the output of IC2-2 decreases, causingthe power module to lower the output power, protecting thePA. The reverse power level is set by resistor R16 connectedin series with diode CD1.The 30-watt PA is protected against temperature in-creases by a thermal detector circuit. This circuit consists ofresistor R34, THERMAL DETECT transistor TR6, DCDRIVER transistor TR5 and DC PASS transistor TR4 andoperational amplifier IC2-1. As temperature increases, theresistance to ground through thermal detector resistor R34increases. This causes IC2-1 to conduct less, causing a de-crease in PA output until the temperature level is reduced.The temperature level is set by resistor R34. When the heatsink temperature rises above 120-degrees Centigrade, the re-sistance of R34 increases and the power output is reduced.Copyright © May 1993, Ericsson GE Mobile Communications Inc.LBI-39054LBI-390541Figure 1 - 12-Watt Power Amplifier Block Diagram Figure 2 - 30-Watt Power Amplifier Block DiagramLBI-39054LBI-390542IC DATA12-WATT POWER MODULE HC130 -W ATT POWER MODULE HC29 VOLT REGULATOR IC1OPERATIONAL AMPLIFIER IC2LBI-39054LBI-390543PARTS LISTPA UNIT344A4575P1/JHM-971L, 344A4575P2/JHM-971HIssue 1PA CIRCUIT CAH-590L (Used in 344A4575P1)PA CIRCUIT CAH-590H (Used in 344A4575P2)Issue 1*COMPONENTS ADDED, DELETED OR CHANGED BY PRODUCTION CHANGES*COMPONENTS ADDED, DELETED OR CHANGED BY PRODUCTION CHANGESPRODUCTION CHANGESChanges in the equipment to improve performance or to simplify circuits are identified by a"Revision Letter", which is stamped after the model number on the unit. The revision stampedon the unit includes all previous revisions. Refer to the Parts List for the description of partsaffected by these revisions.REV. A - Power Amplifier Unit 344A45575P2T o improve power variation over duty cycle. Changed directional coupler diodes CD1and CD2.LBI-39054LBI-39054 4LBI-39054LBI-39054INTERCONNECTION DIAGRAM(DD00-JHM-971P)5OUTLINE DIAGRAM(B19/6PCLD00282B, Chip Components)(B19/6PCLD00282B, Component Side Layout)(B19/6PCLD00282B, Chip Components)12-Watt Power Amplifier CAH-590LSOLDER SIDECOMPONENT SIDELBI-39054LBI-390546LBI-39054LBI-39054SCHEMATIC DIAGRAM12 Watt Power AmplifierCAH-590L(DD00-CAH-590L)7OUTLINE DIAGRAM(19B/6PCLD00283B, Chip Components)(19B/6PCLD00283B, Component Side Layout)(19B/6PCLD00283B, Chip Components)30 Watt Power AmplifierCAH-590HCOMPONENT SIDE SOLDER SIDELBI-39054LBI-39054 8LBI-39054LBI-39054SCHEMATIC DIAGRAM30 Watt Power AmplifierCAH-590H(DD00-CAH-590H)9。

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图１Ｋｕ波段３０ＷＳＳＰＡ原理框图
３．功率合成网络的设计
微波和毫米波固态功率合成技术通常分四种类型：半导体芯片串联或并联功率合成技术（简称管芯型功率合成）；谐振或非谐振功率合成技术；空间功率合成技术；以及利用以上技术的混合型功率合成技术。
实际的功率合成基本上都采用了混合合成。根据实际情况，利用以上几种合成技术各自的优点，做到性能互补，以最经济的代价做到最实惠的功率合成。通常管芯级合成为第一级，电路合成为第二级，若还需要的话，最后一级采用空间合成。以Ｋｕ波段３０Ｗ功率放大器为例，在使用的ＭＭＩＣ单片放大器和功率模块中采用了管芯级合成，在微带平面电路上应用了
．９０．
２００６年全国第十一届微波集成电路与移动通信学术年会
Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ功分器，再以矩形波导魔Ｔ合成实现放大器３０Ｗ功率输出。对于合成网络，合成效率是至关重要的，因此必须要尽量减小电路的损耗。二进制分配
／合成器是进行功率合成的常用结构。如图２所示，可以看出，随着电路损耗的增加，合成效率下降得很快；而且，电路的合成级数越多，这种现象越明显；更重要的是，即使单级损耗很小，合成级数多，效率也十分地低。对于单级损耗为０．３ｄＢ的情况，要达到８０％的效率，合成级数不能超过３级。因此，在功率合成电路中，为了达到所要求的合成效率，除了保证两路合成信号具有很好的幅度、相位一致外，设计低损耗的功率合成网络是非常关键的。
作者：作者单位：
罗懿，王粲，廖秋平成都西科微波通讯有限责任公司,610091
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1.学位论文关宇 Ku波段功率放大合成研究 2009
本文主要论述了Ku波段(工作频率13.75GHz～14.5GHz)大功率微波固态功率放大器系统的研究、设计以及测试；另外，本文还对十路矩形波导与径向波导混合结构的功率分配/合成网络进行了理论研究、仿真实验和实物的加工、测试。
２００６年全国第十一届微波集成电路与移动通信学术年会
Ｋｕ波段３０Ｗ固态功率放大器
罗懿王粲廖秋平（成都西科微波通讯有限责任公司，６１００９１）
摘要：本文叙述了研制的应用于ＶＳＡＴ卫星通信的Ｋｕ波段３０Ｗ固态功率放大器（ＳＳＰＡ）。阐述了该固态功率放大器的方案构成和关键部分的设计，包括功率合成网络、微带．波导转换的设计；功率合成电路的设计，特别是波导魔Ｔ的优化设计。研制的３０Ｗ固态功率放大器的主要性能为：中心频率１４．２５ＧＨｚ，带宽５００ＭＨｚ，Ｐ．１ｄＢ输出功率３０Ｗ，大信号增益４５ｄＢ，带内波动小于５ｄＢ。关键词：Ｋｕ波段，３０Ｗ，固态功率放大器，功率合成，Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ功分器，波导魔Ｔ
本课题针对Ku波段的固态放大器的电路实现进行研究，主要进行了单级放大电路、串联放大电路和并联放大电路实验，从设计材料、应用元件、电路设计、合成效能等方面进行分析，总结了Ku波段放大器研制特点和难点，为进一步研究提供一些技术参考。
本文链接：/Conference_6312556.aspx 授权使用：东南大学图书馆(wfdndx)，授权号：4c7d27c3-3dbb-4955-b276-9dc7009d38f5
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２００６年全国第十一届微波集成电路与移动通信学术年会
囊
图３同轴一波导转换结构
图４Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ功分器结构示意图
３．３波导合成器的设计
采用波导魔Ｔ结构，主要就是考虑到波导结构损耗小的原因。设计时使用了Ａｎｓｏｆｔ的高频电磁场结构仿真软件（ＨＦＳＳ），对波导魔Ｔ结构进行了仿真优化，其结构模型如图５所示。仿真优化结果和最终实测数据如图６所示。实际的合成效率约为７５％。
Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ＆Ｗｉｒｅｌｅｓｓ．１９９８【４】．ＮａｉａｒａＧｏｉａ，Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｔｏｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓａｔ８．４５ＧＨｚ，３４ｔｈＥｕｒｏｐｅａｎＭｉｃｒｏｗａｖｅＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ·
Ａｍｓｔｅｒｄａｍ，２００４
Ku波段30W固态功率放大器
图５波导魔Ｔ仿真结构图
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雷达发射机有时需要输出很大的功率，然而单路的功率放大器系统无法满足固态雷达发射机的需要。因此需要通过对信号功率进行分配、放大、合成获得更大的输出功率。在对径向波导基本电磁理论分析的基础上本文第三章介绍了一种新颖的十路矩形波导和径向波导混合结构的功率分配/合成器。然后对这种功率分配/合成器的电路拓扑结构、电磁波模式转换以及等效电路等问题进行了研究。最后通过应用三维电磁场仿真软件对这种功分器进行建模仿真实验，在此基础上设计加工了功分器并对其测试。测试结果表明：十路功分器的实际工作频带为1.5GHz( S11≤-15dB)，带内插入损耗小于 1.5dB。
图２合成效率ｒｔｃ与合成网络级数Ｎ及单级插损Ｌ的关系在Ｋｕ波段ＶＳＡＴ卫星通信中，发射机输出端口是ＷＲ－７５标准矩形波导接口。考虑到经济性和方便性，在合成网络的前端采用了微带电路的Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ两路功分器，在两路功放输出设计了微带一波导转换结构，最后采用波导魔Ｔ合成输出。３．１微带一波导转换结构的设计微带传输线到金属波导转换性能的优劣是影响输出功率大小的关键因素之一，目前以下两种转换方式占有突出地位：１）脊波导方式；２）探针耦合方式。前者的优点是转换结构是渐变的，无显著不连续点，缺点是若想获得良好的宽带匹配，必定要同时增加物理尺寸和机械加工的难度。相比之下探针转换的结构紧凑简单，所以采用探针转换方式，并采用Ｅ面插入的结构。转换结构类似于同轴一波导转换，如图３所示。经过仿真优化可确定Ｌ、ｄ尺寸，经实测在１４￣１４．５ＧＨｚ的频率范围内，两个背靠背转换器的插入损耗小于０．３５ｄＢ，即单个的转换器的插入损耗小于０．２ｄＢ。３．２两路功分器的设计 ’Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ功分器如图４所示。做功分时，信号由ｌ端口输入，２．、３端口同相等分输出；反之，合成应用时，则２、３端口输入，ｌ端口处同相叠加输出。由于应用的相对带宽（３．５％）不宽，所以采用了一节１／４波长线制作，即可满足带宽要求又可以减小插入损耗。其幅度和相位的平衡主要是依靠电路的对称性。Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ功分器为单元设计的多级合成／分配网络，具有结构紧凑、平衡性好、损耗低、带宽宽、集成度高的优良性能，广泛应用于功率合成电路中。
项目
实测结果
单位
频率范围
１４．帖１４．５
ＧＨｚ
小信号增益
４８
ｄＢ
大信号增益
４５
ｄＢ
５００ＭＨｚ带内波动
＜５
ｄＢ
ＰｌｄＢ输出功率
３０
Ｗ
ＳＳＰＡ的效率
１２％
ＳＳＰＡ的功耗
２５０
Ｗ
５．结束语
Ｋｕ波段３０ＷＳＳＰＡ已经研制成功，并且已在ＶＳＡＴ卫星通信室外单元上应用。要进一步提高输出功率和效率，应想办法减小合成网络的损耗；更高的功率，可考虑进行多路功率合成或谐振式功率合成。
●
参考文献【ｌ】．龚克，王激，波导与微带线和共面线的过渡问题，微波学报，ＮＯ．２１９９４【２】．于洪喜，潘建华，崔骏业，Ｋｕ波段１０瓦固体功率放大器的研究，空间电子技术，１９９５年第１期【３】．ＲｉｃｈａｒｄＭ．ＫｕｒｚｒｏＬＣｏａｘ－ｔｏ－ＷａｖｅｇｕｉｄｅＡｄａｐｔｅｒｓＭｅｅｔＮｅｅｄｓｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ａｐｐｌｉｅｄ
微波固态功率放大器系统作为全固态雷达发射机的关键组成部分，决定了发射机的性能好坏，近年来微波固态功率器件有了长足的发展。本文第二章介绍了双极型微波功率晶体管、金属氧化物半导体场效应微波功率晶体管、以及砷化镓场效应微波功率晶体管等的工作原理，同时还详细阐述了功率放大器偏置电路工作原理与设计方法，功率FET应用的具体问题以及大功率器件的散热问题研究。第四章介绍了在单独完成三个Ku波段(从小到大不同输出功率)功放的模块化研究基础上，研制了Ku波段三级功率放大器系统并进行了测试。
2.期刊论文蔡昱.徐建华.成海峰.CAI Yu.XU Jianhua.CHENG Haifeng Ku波段固态功率放大器 -固体电子学研究与
进展2009,29(4)
固态功率放大器(SSPA)常应用于微波发射机系统.相对于传统电真空发射机,固态发射机具有寿命长、易获得长脉冲宽度、工作电压低及不需要预热时间等主要优点.固态功率放大器可完成功率放大、对射频信号进行脉冲调制、高电压隔离变换及过压、过热等多种保护功能.
１．引言
目前ＶＳＡＴ卫星通信已开始由Ｃ波段向更高的Ｋｕ以及Ｋａ波段发展，且将成为下一阶段开发和利用的首选频段。随着卫星通信事业的发展，固态功率放大器（ＳＳＰＡ）越来越显示出其优越性。与行波管放大器相比，ＳＳＰＡ具有体积小、重量轻、可靠性高、线性好等优点。由于受到器件自身的功率限制，一般在固态高功率放大器中主要采用功率合成技术。Ｃ波段以下的合成器主要采用微带平面电路的形式，常用Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ功分器或３－ｄＢ电桥耦合器。而在Ｋｕ波段，合成器则一般采用波导功率合成网络或腔体合成器。本文的Ｋｕ波段固态功率放大器采用Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ功分器作为分配器，合成则采用矩形波导魔Ｔ结构，实现功率合成。
3.学位论文范宁松 Ku波段固态功率放大器的研究 2008
Ku波段的频率从12～18GHz，空气中的波长为2公分。由于其带宽宽，用小孔径天线可获得窄波束，而受到人们的关注。Ku波段的发射机可用于卫星通信的地面站上行线路，取代TWTA，还可用于卫星电视，获得更佳的图像质量。在民用和军用市场，都有很好的应用前景。