Ku波段800 W氮化镓高线性固态功放研制
电子技术应用
胡顺勇，李凯，张能波，党章
中国电子科技集团公司第十研究所
摘要： 介绍了一种Ku波段800 W氮化镓（GaN）高线性度固态功放的工程实现。使用32片GaN功率芯片，采用微带Gysel功分器与波导功分/合成网络相结合的方式进行功率合成，功放在750 MHz的工作频带内连续波饱和输出功率大于850 W。采用射频预失真线性化技术优化氮化镓功放线性度，功放三阶互调指标改善幅度大于5 dB，优于-32 dBc。功放选择带热管的翅片散热器的强制风冷方案，提高了散热器的换热效率，散热性能良好。通过实时监测功放芯片管壳温度，自动配置散热风扇转速，实现了功放的自适应热管理，在降低功放功耗的同时，减小了产品噪声。功放配置了完善的控保功能，技术状态稳定。由两台功放组成了1备1组件系统，可靠性及实用性满足工程使用要求，适用于测控、通信、广电等领域的微波发射系统。
中圖分類號：TN73 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.244825
中文引用格式： 胡順勇，李凱，張能波，等. Ku波段800 W氮化鎵高線性固態(tài)功放研制[J]. 電子技術應用，2024，50(6)：71-76.
英文引用格式： Hu Shunyong，Li Kai，Zhang Nengbo，et al. Ku-band 800 W GaN high linear solid-state power amplifier[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(6)：71-76.
中文引用格式： 胡順勇，李凱，張能波，等. Ku波段800 W氮化鎵高線性固態(tài)功放研制[J]. 電子技術應用，2024，50(6)：71-76.
英文引用格式： Hu Shunyong，Li Kai，Zhang Nengbo，et al. Ku-band 800 W GaN high linear solid-state power amplifier[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(6)：71-76.
Ku-band 800 W GaN high linear solid-state power amplifier
Hu Shunyong，Li Kai，Zhang Nengbo，Dang Zhang
The 10th Research Institute of CETC
Abstract： This paper introduces an engineering realization of a Ku-band 800 W GaN high linear solid-state power amplifier. A continuous wave output power of 850 W in 750 MHz operation band is realized by the Gysel power divdider and waveguide based power dividing/combining network with 32 GaN MMIC chips. The RF predistortion linearization technology is used to optimize the linearity of the GaN power amplifier, and the third-order intermodulation of the power amplifier is improved by more than 5 dB, which is better than -32 dBc. The power amplifier adopts a forced air cooling scheme with a heat pipe fin radiator, which improves the heat transfer efficiency of the radiator and has good heat dissipation performance. By monitoring the temperature of the power amplifier chip and automatically configuring the speed of the cooling fan, adaptive thermal management of the power amplifier is achieved, which reduces power consumption while reducing product noise. The power amplifier is equipped with comprehensive control and protection functions and has stable technical status. Two power amplifiers form a 1:1 system, which meets the reliability and practicality requirements for engineering use and is suitable for microwave transmission systems in the fields of measurement and control, communication, broadcasting, and television.
Key words : Ku-band；GaN power amplifier；radio frequency predistortion
引言
功率放大器是微波毫米波發(fā)射系統(tǒng)中的關鍵部件。在航天測控、衛(wèi)星通信、廣播電視等領域，對具有高線性度的大功率固態(tài)功放的需求越來越迫切。隨著第三代半導體氮化鎵技術的迅猛發(fā)展，與傳統(tǒng)基于砷化鎵材料的第二代半導體器件相比，氮化鎵功率器件以其輸出功率大、效率高、頻帶寬等特點，得到了越來越多的應用，表現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢，將是下一代微波毫米波固態(tài)功放技術發(fā)展方向[1]。由于單個放大器芯片的輸出功率有限，難以滿足大功率系統(tǒng)的使用需求，為獲得更高的輸出功率，需要采用功率合成技術對多個放大器的輸出信號進行合成，得到更大的輸出功率[2-3]。
本文介紹了一種Ku波段高功率線性固態(tài)功放設計方法，采用微帶Gysel功分器與波導結構構成的混合功分/合成網絡[4]將32個GaN功率芯片加以合成，并采用雙散熱器高熱流密度強制風冷散熱結構，實現(xiàn)高效散熱，在13.75~14.5 GHz工作頻段內，固態(tài)功放連續(xù)輸出功率可達850 W。采用射頻預失真線性化技術，在傳統(tǒng)的二極管非線性電路基礎上提出了一種新穎的預失真結構，可根據(jù)GaN功率芯片的非線性特性進行匹配，三階互調可達-32 dBc；由兩臺功放組成了1備1組件系統(tǒng)，具有完善監(jiān)控保護功能，可保證發(fā)射系統(tǒng)連續(xù)不間斷工作，工程實用性強。
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作者信息：
胡順勇，李凱，張能波，黨章
（中國電子科技集團公司第十研究所，四川 成都 610036）
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