一种专用X波段固态放大器的设计

1、一种专用X波段固态放大器的设计郝海滨（西安电子工程研究所生产四室 西安 710100）【摘要】：介绍了X波段固态放大器的理论设计和方法，并用微波仿真软件对其偏置电路和匹配电路进行优化仿真，给出了仿真结果和电路版图。通过制作和调试该放大器，测试验证了该设计方法的可行性并给出了该功放的测试数据。关键词：固态功放，砷化镓场效应晶体管，X波段，驻波1概述本固态功率放大器是作为某雷达前置功率放大级，用来推动末级行波管放大微波信号。其输出功率不大，体积小，重量轻，安全性好，可长时间稳定可靠的工作。主要技术指标：工作频带： X波段工作带宽： 1000MHz工作方式： 连续波工作输入功率： 10-20dBm输

2、出功率： 30dBm杂散： -60dB供电： 12V/1.5A2 功放设计方案2.1 微波晶体管放大器对小信号，大信号作用时的输入输出匹配电路的设计思想是不同的。小信号放大器设计中对输入输出电路的设计是为了所需的稳定增益和带宽；而大信号放大器设计主要是为了良好的集电极效率和饱和输出功率，以及良好的稳定性。这里采用了大信号散射参数来进行设计。2.2功放组成本固态功放由放大链和偏置电路俩部分组成。偏置电路为微波器件提供了所需的栅极电压和漏极电压，并进行加电时序保护。放大链的功能是将频率源送来的10mW连续波放大到1W功率输出。2.3 放大链放大链整体原理图模型为了达到所要求的功率和增益，根据微波功

3、率管的性能参数，放大链采用了四级放大,场效应管选用共源组态具有高增益，低噪声和最好的放大器稳定性。第一级采用了低噪声，高增益放大管EPA040A-70,其增益10.5dB，功率P-1=23.5 dBm，将频率源送来的发射信号功率由10mW放大到223.8mW；第二级采用了MITSUBISHI公司生产的MGF2415A,其增益7.5 dB，功率P-1=27.5dBm，将功率放大到562.3 mW；第三级采用了MITSUBISHI公司生产的MGF2430A,其增益6.5dB，功率P-1=30.5dBm，将功率放大到1122mW；第四级采用了MITSUBISHI公司生产的MGF2445A,其增益6d

4、B，功率P-1=32dBm，将功率放大到1584mW；因为所选用的微波场效应管不是内匹配管，因此为每一级都设计了匹配枝节，其中包括总的输入输出匹配枝节。级与级之间采用共轭匹配以实现功率的最大传输。由于微波场效应管是单输入单输出，直流和高频共用一个端口，为了使高频信减少对直流馈电的干扰以及自身的损耗，匹配枝节和馈电枝节结合起来一起优化。通过用ANSOFT DESIGNER仿真优化，级与级之间的匹配做到驻波1.5以下，放大器增益可达30dB,稳定性因子远远大于1。因为频率高，微带板的接地很重要。为了使微带板良好接地，把微带板烧接在镀银铜板上，再把铜板安装在壳体上。2.4 电源偏置电路本功放所用的微

5、波功率放大器件是砷化镓场效应管，场效应管要求开机时先加栅极电源,后加漏极电源；关机时先关漏极电源, 后关栅极电源,否则内部就会被烧毁。电源偏置电路能自动先加栅极电源,后加漏极电源;关机时先关漏极电源,后关栅极电源。各级场效应管的静态工作点如下：第一级放大器EPA040A-70的放大器输入驻波放大器增益电源是6V，-0.56V/60mA,第二级MGF2415A的电源是9.8V，-1.5V/150 mA,第三级MGF2430A的直流工作点是9.8V，-1.5V/300 mA，第四级MGF2445A的直流工作点是9.8V，-1.5V/450 mA。3 功率 通过实际调试放大器输出功率在9.05GHz10.75GHz频带内输出功率大于1W,理论上频率可以达到11GHz。自己最初设计是按中频点设计的，由于频带较宽，最后在调试中发现高频端功率偏小。