Ku波段10W功率模块设计

从式 ２可看出，即使单级损耗很小，合成级数越 多，效
率也越低 。对于单级损耗 为 ０３ Ｂ的情况 ，要达到 ８ ％的合 ．ｄ ０ 成效率， 合成级数不能超过 ３级， 而当单级损耗 为 ０２Ｂ 时， ． ｄ
多的寄生参量 。 要达到理想情况， 即隔离 电阻上无 电流通过， 但实际情况并不会如此 ，这 同样会带来额 外的电路损耗 。
耦 合 微 带 间 的 间 隔 非 常 小 ， 制 作 加 工 精 度 较 高 ，相 对 Ｗｉ ｉ ｏ ｌ ｎ ｎ功分器结构更简单wk.baidu.com因此本文采用 Ｗｉ ｉｓｎ功分 ｋｓ ｋ ｌ ｎｏ
器来实现功率分配 与合成 。 传统的 Ｗｉ ｉｓｎ功分器中 ，跨接两输出臂的电阻作用 ｌ ｎｏ ｋ 是 改善 两路 输 出信 号之 间的 隔离 度 。但 是 ，如 果想 采 用
用加工方便成本更低的软基片实现 。 去掉隔离 电阻的 Ｗｉ ｉｓｎ电路可 以粗略地看作为无损 ｌ ｎｏ ｋ
互 易 三 端 口网 络 。由网 络 理 论 知 ，无 损互 易三 端 口 网络 的三 个 端 口不 可 能 做 到 完 全 匹 配 。 想 情 况 下 ， 理 网络 的 Ｓ参 数 为 ：
由于 Ｗｉ ｉｓｎ功分 器固有 的对称结构 ，通过 电桥分路 ｌ ｎｏ ｋ
及时采用 ５级合成，效率 也可达 ８ ％。因此 ，功率合成电路 ０ 中合 成网络损耗 与合成信 号不平衡度均 是影 响功率合 成效
的信 号无论在幅度和相位上总是平衡 的。 这样 电桥 的隔离 电
阻两端 电压总是相等而并无 电流流过 。于是去掉 Ｗｉ ｉｓｎ ｌ ｎｏ ｋ
响可 由式 ｌ 达 ： 表
合成 电桥
图 ２ Ｎ级 二进制 功率 合成 网络
２ ３Ｂ电桥 的选择 ｄ
微波集成 电路中采用 的功率分 配／ 合成 网络主要有 ：环
一 ｃ ¨
仉 仉 ：— —
形 电桥 、Ｗｉ ｉｓｎ电桥 （ ｌｎｏ ｋ 功分器 ） 、分支线 电桥、Ｌ ｎ ｅ电 ａｇ 桥等 。按照 体积小、结构紧凑 微带方式实现 两功率 ＭＭＩ Ｃ 单片合成 的要求 ，则最常用 的分配／ 成方 案是采用 Ｌ ｎ ｅ 合 ａ ｇ
关键 词：Ｋｕｂｎ ；ｓ ＡＰ ．ａｄ ｓ ；功率合成；效率；３ Ｂ电桥 ｄ
Ｄ ： １． ９ ９ ｊ ｓ ｎ １７ — ３ ６ ２ １ ． １ ０３ ０ｌ ０ ３ ６ ／ ．ｉ ｓ ． ６ １ ６ ９ ． ０ ２ ０ ． ０
１ 引言
在Ｋ ｕ波段 ，单个 固态功率放大器的输出功率有 限，往 往不能满足实 际应用需要 。因此为 了获得大功率输 出，以小 功率 ＩＭＩ 单 片放大器作为单元 电路 ，运用功率合 成技 术 Ｖ Ｃ Ｉ 以产 生较大 的功率输 出是非常必要的 。
假设功率合成时无相位差与幅度差，则有合成效率 ， ７ 与合成 网络损耗 Ｌ和合成级数 Ｎ 的关 系为： Ｌ－ 一 Ⅳ （ ２ 式 ）
Ｄ ｒｉ５ ８ ｕｏｄ ８０作为介质基片， 而现在的工艺无法在这种 软基 片
＝
上加工 Ｗｉ ｉｓｎ功分器需要的薄膜 电阻。如果使用普通 的 ｌｎｏ ｋ
贴片电阻，又会 引入很大的寄生 电感，并且焊接 也会 引入很
６
论
著
Ｋ ｕ波段 １Ｗ功率模块设计 ０
王 韬
（ 中国电子科技 集团第二十研究所 ，陕西 西安 ７ ０ ６ ） １０８
摘 要 ：采用 Ｍ Ｃ功率单 片，提 出一种 Ｋ ＭＩ ｕ波段 ｌＷ 功率模块设计方案 使 用 电 Ｏ 磁仿真软件 Ａ Ｓ Ｄ 对模 型进行辅助设计 ，
对功率分 配部分做 了理论分析和试验结果的研 究，并总结了相 关经验 ，为微波放 大模块设 计提 供 了一定的技 术借鉴 。
式 中 Ｄ为两路信号的幅度差 （ Ｂ） ｄ ，０为两路信号 的相 位差 （ ） 度 。从式 １ 可看 出，合成信 号相差 ３ 。 Ｏ以内，功率差
小于 ３ Ｂ时，不计合成电路引入 的损耗 时， ｄ 可达到较高 的合
成 效 率 （０ ９ ％以上 ） 。
桥和 Ｗｉ ｉｓｎ功分器 。 ｌ ｎｏ ｋ 由于 Ｌ ｎ ｅ ａｇ 桥要获得 ３ Ｂ耦合度 时， ｄ
功率合成 网络进行了详细讨论 。
２ 个
功放 单 ＼ 兀 一
Ｎ ＝进 制功 率 合成 网络 级
， Ｉ ————— —————— ————— 一
幸 田 ｒ ｒ ＿
图 １ ３Ｂ电桥 功率 分配一 成基 本单 元 ｄ 合
目前 ，以 ＭＭＩ Ｃ功率放 大器 为放大单元 、 ｄ ３ Ｂ电桥 为基 本合成构架 的多级二进制功率合成 （ 见图 ２ ）技术得到广泛 发展 。 合成信号在相位与幅度 上的不平衡性对合成效率 的影
ｌ １ ０） ， Ｉ， ｓ２ １ｆ ） ， ３ （ （ ２ １ ） １ ２ （） 对 损 易络 ） ， ２｝ 无互网： （） ， ， ２ ３
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功分器 的隔离 电阻后，并不会影 响功率分配． 合成 网络 的性
中国西部科技
２ １ 年 ０ 月第 １ 卷第 Ｏ 期总 第 ２０ ０２ １ １ １ ７ 期
７
损三端 口网络是一致的 。当然，实际做 出的版 图肯定 比仿真
数据要大一些 。
能 。而 且，隔离 电阻去掉后，电路制作工艺更加简化，可采
一
率 的关键因素，其中损耗的影响最为主要 。若放大单元采用 同一批次 的功率 ＭＭＩ Ｃ，要达到较高的合成效率，设计 出低 损耗 的合成 网络是非常关键的。
基于 Ｋ ｕ波段 固态功率合成技术研究 ，本文首先设计了
一
种低损耗 ３ Ｂ微带集成 电桥 ， ｄ 并对 以此 电桥 为基本构架 的
种典型功放单元如 图 １ 所示 。