一種專用X波段固態(tài)放大器的設計

1、一種專用X波段固態(tài)放大器的設計郝海濱（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)放大器的理論設計和方法，并用微波仿真軟件對其偏置電路和匹配電路進行優(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，測試驗證了該設計方法的可行性并給出了該功放的測試數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：固態(tài)功放，砷化鎵場效應晶體管，X波段，駐波1概述本固態(tài)功率放大器是作為某雷達前置功率放大級，用來推動末級行波管放大微波信號。其輸出功率不大，體積小，重量輕，安全性好，可長時間穩(wěn)定可靠的工作。主要技術(shù)指標：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 功放設計方案2.1 微波晶體管放大器對小信號，大信號作用時的輸入輸出匹配電路的設計思想是不同的。小信號放大器設計中對輸入輸出電路的設計是為了所需的穩(wěn)定增益和帶寬；而大信號放大器設計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。這里采用了大信號散射參數(shù)來進行設計。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，并進行加電時序保護。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)，放大鏈采用了四級放大,場效應管選用共源組態(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)射信號功率由10mW放大到223.8mW；第二級采用了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；因為所選用的微波場效應管不是內(nèi)匹配管，因此為每一級都設計了匹配枝節(jié)，其中包括總的輸入輸出匹配枝節(jié)。級與級之間采用共軛匹配以實現(xiàn)功率的最大傳輸。由于微波場效應管是單輸入單輸出，直流和高頻共用一個端口，為了使高頻信減少對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，級與級之間的匹配做到駐波1.5以下，放大器增益可達30dB,穩(wěn)定性因子遠遠大于1。因為頻率高，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效應管，場效應管要求開機時先加柵極電源,后加漏極電源；關(guān)機時先關(guān)漏極電源, 后關(guān)柵極電源,否則內(nèi)部就會被燒毀。電源偏置電路能自動先加柵極電源,后加漏極電源;關(guān)機時先關(guān)漏極電源,后關(guān)柵極電源。各級場效應管的靜態(tài)工作點如下：第一級放大器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MGF2415A的電源是9.8V，-1.5V/150 mA,第三級MGF2430A的直流工作點是9.8V，-1.5V/300 mA，第四級MGF2445A的直流工作點是9.8V，-1.5V/450 mA。3 功率 通過實際調(diào)試放大器輸出功率在9.05GHz10.75GHz頻帶內(nèi)輸出功率大于1W,理論上頻率可以達到11GHz。自己最初設計是按中頻點設計的，由于頻帶較寬，最后在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)高頻端功率偏小。