微波固态功率放大器的研制.pdf

杭州电子科技大学
硕士学位论文
微波固态功率放大器的研制
姓名:张利飞
申请学位级别:硕士
专业:电磁场与微波技术
指导教师:汪海勇
20100101
杭州电子科技大学硕士学位论文
摘要
随着半导体技术的快速发展,固态器件开始广泛应用于雷达、通信、遥测、宇航和电子
战等领域。固态功率放大器与电子管相比,具有可靠性高、长寿命、工作电压低、故障软化
等优点。发射机是微波毫米波系统必不可少的关键部分,近年来,由于半导体功率器件工艺
的进步和成本的降低,微波固态发射机越来越多的为各类微波系统所采用。人们常用的放大
器有双极性晶体管(BJT)、***化镓场效应晶体管(GaAs MOSFET)、边缘扩散场效应晶体管
(LDMOS FET)等,由于 LDMOS FET 具有频带宽、供电方便、稳定可靠等优势,所以被广
泛的应用,本文后面两级主要就是采用 LDMOS FET 晶体管。在单个器件输出功率有限的情
况下要提高系统的输出功率,采用功率合成技术是一种有效的解决问题的方法。本文针对微
波固态功率放大器的技术现状,并结合应用需要,选取了推挽功率放大器,来研制脉冲输出
功率 200W 以上的微波固态功率放大器。
论文首先介绍了微波固态功率放大器的进展,然后从理论上阐述了微波固态功率放大器
的性能指标和非线性分析方法,接着介绍了常用的功率合成技术,并着重介绍了推挽功率放
大器。接下来,也是本文的重点,在方案的制定和无源电路设计过程中开展了以下的研究分
析工作:将系统划分为微波功率放大器和脉冲调制器两大模块,采用对 GaAs FET 功放芯片
进行漏极脉冲调制方式实现良好的脉冲时域参数指标。功率放大器采用三级放大电路来实现:
前级放大器、驱动级放大器和末级推挽放大器,对单管功率放大器的基本匹配原理、偏置电
路的设计、负载牵引技术等都做了详细的分析和研究。通过 Agilent 公司的高级设计系统综合
分析软件 ADS 和调用 Freescale 的模型库对功放进行仿真和优化。并且,对设计的功率放大
器制作了实物,并进行了调试,以便验证设计的准确性。最后对该设计电路中的不足失误进
行分析总结。
本文完成了 900MHz 的峰值功率大于 200W 的固态功率放大器的仿真和制作,测试和仿
真结果表明:在 900MHz 可获得的最大脉冲功率大于 200W,大信号功率增益大于 50dB,脉
冲宽度为 200us,占空比为 1%,该功率放大器完全达到并优于设计指标。

关键词:微波固态功率放大器,推挽功率放大器,边缘扩散场效应晶体管,脉冲输出功率






I
杭州电子科技大学硕士学位论文
ABSTRACT
With the rapid development of semiconductor ,solid-state devices have been used in
radar ,communication ,remote sensing ,space navigation and electronic warfare .Compared with
vacuum tube amplifier ,solid-state power amplifier have the advantages of high reliability ,low
operating voltage ,graceful failure ,etc. Transmitters are key parts in microwave and
millimeter-wave systems .Recently ,duce to the improvements of semiconductor power device
technology’s and dropping of cost ,more and more solid-state transmitters have been adopted by
various microwave systems .There are some power transistor which have been widely used :Bipolar
Junction transistor(BJT),GaAs Metal-oxide Semiconductor and Lateral Diffuse Metal-oxide
Semiconductor field effect transistor(LDMOS FET).Thanks to the advantages ,such as ,wi