Ku波段800 W氮化鎵高線性固態(tài)功放研制
電子技術應用
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
摘要： 介紹了一種Ku波段800 W氮化鎵（GaN）高線性度固態(tài)功放的工程實現(xiàn)。使用32片GaN功率芯片，采用微帶Gysel功分器與波導功分/合成網(wǎng)絡相結合的方式進行功率合成，功放在750 MHz的工作頻帶內連續(xù)波飽和輸出功率大于850 W。采用射頻預失真線性化技術優(yōu)化氮化鎵功放線性度，功放三階互調指標改善幅度大于5 dB，優(yōu)于-32 dBc。功放選擇帶熱管的翅片散熱器的強制風冷方案，提高了散熱器的換熱效率，散熱性能良好。通過實時監(jiān)測功放芯片管殼溫度，自動配置散熱風扇轉速，實現(xiàn)了功放的自適應熱管理，在降低功放功耗的同時，減小了產品噪聲。功放配置了完善的控保功能，技術狀態(tài)穩(wěn)定。由兩臺功放組成了1備1組件系統(tǒng)，可靠性及實用性滿足工程使用要求，適用于測控、通信、廣電等領域的微波發(fā)射系統(tǒng)。
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(wǎng)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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