Ku波段20W脉冲功率放大器的设计

摘要：本文设计了Ku波段20W脉冲功率放大器。整个放大链路由四级放大器组成，选用GaAs FET以及MMIC产品作为功率放大器件。由于末级功率放大器件目前最大的单管输出功率只能达到15W，因此采用了两路合成的方法来实现输出功率20W的指标要求。选用了威尔金森功率分配器作为功率分配/合成网络。通过ADS仿真软件的优化，给出了仿真结果，最后给出了实物的测试结果。

关键词：Ku波段 脉冲 功率放大器

中图分类号：TN722.11 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）04-0132-01

1 引言

目前，微波固态功率放大器被广泛应用于各种雷达、卫星等各种民用和军用领域，是整个无线通信系统中不可缺少的一个组成部分。随着微波电路的广泛应用和不断发展，人们所能涉及到的频率正不断向更高的范围延伸，所以对Ku波段中大功率固态功率放大器的设计和研制具有重大的意义。

2 设计过程

2.1 主要技术指标

（1）输入连续波信号功率：大于13dBm；（2）频率范围：12.XX±0.1GHz；（3） 微波信号为脉冲调制方式；（4）峰值输出功率不小于20W；（5）提供电源为14.8V±0.6V直流。

2.2 方案设计

根据给定的技术指标，先把微波功率放大器的框图画出，如图1所示。微波功率放大器由四部分组成：微波开关、脉冲功放、脉冲形成电路以及电源模块组成。

微波开关：将输入的连续波信号进行脉冲调制。

脉冲形成电路：输出所需要的TTL脉冲。

电源模块：为微波功放以及微波开关分别供电。其中还包括漏控电路，电压调整电路和正负电保护电路。

脉冲功放：将频率源送来的13dBm的信号放大到脉冲功率大于等于20W输出。

经过搜索多个公司的产品，决定末级使用15W的微波功率砷化镓场效应管。增益为6dB，1dB压缩点输出功率为42dBm。因为在所使用的频段内，15W的输出已经是目前砷化镓产品中输出功率最大的了。要达到技术要求的峰值功率20W，我们需要引入功率分配/合成网络，通过2个15W功放管功率合成来达到目标值。具体的电路增益分配图如图2所示。

2.3 功率分配/合成器的设计

微带功率分配/合成器选用了威尔金森功率分配器作为功分与合成网络，可以根据理论公式算出R=2Z0=100Ω，Z02= Z03=Z0=70.7Ω。在ADS软件中先建立电路模型，进行仿真优化。随后在momentum二维场中再进行优化，得到如图3所示的结构。仿真结果：S21、S31

3 实测结果

整个放大器联调时，在未做任何调试时，中心频率的输出功率只有10W左右，未达到输出20W的要求。经过对偏置电路、功分合成网络、放大器输入输出匹配等调试后，达到需要的指标。用峰值功率计的探头以及30分贝衰减器测试 “信号输出” 端口的功率。

4 结语

本课题设计了一个Ku波段20W脉冲功率放大器，选用了威尔金森功率分配器作为功率分配/合成网络，仿真和实际测试结果相吻合，满足技术指标要求。

参考文献

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[2]DvidM.Pozar. 张肇仪，周乐柱等译.微波工程[M].北京：电子工业出版社，2006.

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