Ku波段30W固态功率放大器.pdf

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) 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， 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 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 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。 2．放大器的原理方案 Ku波段30WSSPA由l级高增益放大模块、3级线性推动放大和一个两路功率合成模块 组成。功率合成模块是由两路功分器，两路功率放大器和两路合成器组成的。放大器均为内 匹配的模块结构，可以减小体积并且便于级联。SSPA的原理框图如图l所示。 功 —》一 合 分 盛 器 器 一·f—p b一， 图1 Ku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。 图2合成效率rtc与合成网络级数N及单级插损L的关系 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