一种制造技术

本发明专利技术涉及雷达射频固态功率器件技术领域，公开了一种

【技术实现步骤摘要】
一种C波段高效率固态功率放大器的设计方法


[0001]本专利技术涉及雷达射频固态功率器件
，具体为一种
C
波段高效率固态功率放大器的设计方法
。

技术介绍

[0002]二十一世纪的人类进入了高速发展的信息时代，通讯卫星，地面基站，雷达，航空航天等领域对于高性能的大功率放大器的需求与日俱增
。
对于
Si
基横向扩散金属氧化物半导体功率器件能承受较大的击穿电压，输出功率高，在
2G
和
3G
市场颇受欢迎
。
但受限于材料特性，频率特性不佳，因此通常应用在
S
波段以下
。GaAs
放大器进一步提升了载流子迁移率，频率
、
散热性能较差，在大功率应用中相对乏力，且抗辐射能力不强，不具备应用于航天领域的能力
。GaN
材料具有宽禁带宽度
、
高耐受电压
、
高功率密度等特性，能够很好地满足功率器件在耐高温
、
大功率
、
高效率等方面的性能要求
。
依托于卫星通信
、
雷达探测
、
电子对抗等通信系统对功率放大器的高功率和高效率的实际工程应用需求
。
[0003]C
波段
(4
～
8GHz)
作为当代无线通信最常用频段，在各领域都有广泛应用，因此
C
波段微波设备的性能提升，又成为了重中之重
。
对于军工产品，
C
波段功率放大器的研制意味着相控阵雷达功率发射模块的核心问题得到了解决
。
随着现代中国科技的发展，不依赖国外进口技术和产品，着手实现满足我国国防建设和社会发展的自主研发技术和产品显得尤为重要
。
[0004]随着
GaN HEMT(High Electron Mobility Transistors
，高电子迁移率晶体管
)
器件功率密度的增大，有源区大幅减小，使得封装体积也变得很小，因此小型化也成为
GaN
功放的另一个优势，但是换言之，这样也造成了散热的困难
。
同时，随着输出功率的增大，若不能保证能量的高利用率，则器件的功能也会成为问题，对于某些使用电池功能的系数，工作寿命就会大打折扣
。
所以，怎样减少能量损耗，提高效率，同时保证高输出功率就成为了
GaN
功率放大器的一个重点问题
。
随着频率的增大，由于寄生和耦合等现象越来越明显，加大了匹配网络的设计难度，使得效率
(PAE)
和功率也越来越难以兼顾
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种
C
波段高效率固态功率放大器的设计方法，解决了结构复杂
、
功率低
、
效率低，
C
波段频带内低功率放大器，
C
波段雷达低性能
、
高成本射频固态器件，无法满足其高性能使用要求的问题
。
[0006]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种
C
波段高效率固态功率放大器的设计方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一，在源与负载之间插入一个无源网络，这种无源网络通常被视为匹配网络；
[0008]步骤二，利用内匹配电路理论与技术，将输入匹配网络
、
输出匹配网络以及
π
型
、T
型等效电容电感
LC
电路混合集成在通用管壳尺寸中；
[0009]步骤三，采用集总参数的
T
型
、
π
型拓扑结构来实现电路的设计，
T、
π
型变换器用于
高功率放大器作输入
、
级间
、
输出匹配电路；
[0010]步骤四，通过阻抗变换匹配电路的长度
l
和特性阻抗
Z0满足一定条件，把复数阻抗匹配到实数信源电阻；
[0011]步骤五，通过依靠计算机辅助设计软件进行最优化设计得来各段匹配电路的特性阻抗
。
[0012]优选的，步骤四中，所述匹配原理的公式如下：
[0013]。
[0014]优选的，步骤四中，所述匹配时的参数
Z0和
l
是：
[0015][0016]。
[0017]优选的，步骤四中，所述
Z0必须为正，因此必须有：
[0018]。
[0019]优选的，步骤四中，所述匹配电路的设计对于微波较低的频段，宜选用分支微带结构，由于频率波长较长，电长度相对较大，
T
型结不均匀区相对较小，计算误差影响较弱，也是采取
T
型分支的有利因素
。
[0020]优选的，步骤二中，所述射频微波功率放大器采用
GaN
材料制备，有三种实现形式，分别为单片微波集成电路
、
混合集成电路的功率模块
、
内匹配功率放大器
。
[0021]优选的，步骤二中，所述内匹配电路理论与技术是可以将原本占微波电路模块较大面积的匹配网络缩小在面积很小的管壳内，从而实现微波模块的微型化，同时，内匹配技术对于电容电感微带线等电路元件的制造也有别于其他方式的匹配技术，可以较好地消除原本分立元器件带来的高频下的寄生效应等影响
。
[0022]优选的，步骤二中，所述输入匹配电路
、
输出匹配电路需要完成合路
、
分路及匹配的作用，同时也要集小型化设计于一体，等效
LC
电路采用
SLCC(Single Layer Ceramic Capacitor
，单层陶瓷电容
)
及金丝键合的形式加以实现
。
[0023]优选的，步骤二中，所述在
GaN HEMT
内匹配功率管采用的电容元件是单层瓷介芯片电容
。
[0024]本专利技术提供了一种
C
波段高效率固态功率放大器的设计方法
。
具备以下
[0025]有益效果：
[0026]1、
本专利技术通过优化输入匹配网络
、
输出匹配网络结构，采用内匹配的形式，工作更加稳定，采用易于加工的
PCB
及
π
型电容电感结构，及通用管壳结构，优化选取匹配网络结
构，从而获得较高的耦合阻抗，得到高效率
、
高功率的
C
波段固态功率放大器器件，最终实现导航
、
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
C
波段高效率固态功率放大器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，在源与负载之间插入一个无源网络，这种无源网络通常被视为匹配网络；步骤二，利用内匹配电路理论与技术，将输入匹配网络
、
输出匹配网络以及
π
型
、T
型等效电容电感
LC
电路混合集成在通用管壳尺寸中；步骤三，采用集总参数的
T
型
、
π
型拓扑结构来实现电路的设计，
T、
π
型变换器用于高功率放大器作输入
、
级间
、
输出匹配电路；步骤四，通过阻抗变换匹配电路的长度
l
和特性阻抗
Z0满足一定条件，把复数阻抗匹配到实数信源电阻；步骤五，通过依靠计算机辅助设计软件进行最优化设计得来各段匹配电路的特性阻抗
。2.
根据权利要求1所述的一种
C
波段高效率固态功率放大器的设计方法，其特征在于：步骤四中，所述匹配原理的公式如下：
。3.
根据权利要求1所述的一种
C
波段高效率固态功率放大器的设计方法，其特征在于：步骤四中，所述匹配时的参数
Z0和
l
是：是：
。4.
根据权利要求1所述的一种
C
波段高效率固态功率放大器的设计方法，其特征在于：步骤四中，所述
Z0必须为正，因此必须有：或：
。5.
根据权利要求1所述的一种
C
波段高效率固态功率放大器的设计方法，其特征在于：步骤四中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋伊伊，蒋浩，张春晖，徐杰，陈凯旋，
申请(专利权)人：南京三乐集团有限公司，
类型：发明
国别省市：