《電子技術(shù)應(yīng)用》
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C波段2 000 W氮化鎵線性固態(tài)功放研制
電子技術(shù)應(yīng)用
張能波，李凱，胡順勇，楊萍
中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所
摘要： 介紹了一種C波段2 000 W氮化鎵高功率線性固態(tài)功放的工程實(shí)現(xiàn)。使用32片GaN功率管芯芯片，采用微帶Gysel功分器與波導(dǎo)功分/合成網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式進(jìn)行功率合成，功放在900 MHz的工作頻帶內(nèi)連續(xù)波飽和輸出功率大于2 000 W，最大輸出功率2 290 W。采用射頻預(yù)失真線性化技術(shù)優(yōu)化氮化鎵功放線性度，功放三階互調(diào)指標(biāo)改善幅度大于4 dB，優(yōu)于-29 dBc。選擇帶熱管的翅片散熱器的強(qiáng)制風(fēng)冷方案，提高散熱器的換熱效率，散熱性能良好。功放配置了完善的控保功能，可靠性及實(shí)用性滿足工程使用要求。功放插箱和電源模塊采用熱插拔設(shè)計(jì)，便于快速維修，適用于測(cè)控、通信、廣電等領(lǐng)域的微波發(fā)射系統(tǒng)。
中圖分類號(hào)：TN73 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245355
中文引用格式： 張能波，李凱，胡順勇，等. C波段2 000 W氮化鎵線性固態(tài)功放研制[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2024，50(9)：42-47.
英文引用格式： Zhang Nengbo，Li Kai，Hu Shunyong，et al. Development of C-band 2 000 W GaN linear solid-state power amplifier[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(9)：42-47.
Development of C-band 2 000 W GaN linear solid-state power amplifier
Zhang Nengbo，Li Kai，Hu Shunyong，Yang Ping
The 10th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation
Abstract： This paper introduces an engineering realization of a C-band 2 000 W GaN high linear solid-state power amplifier. Using 32 GaN power transistor chips and using microstrip Gysel power dividers and waveguide power dividers/synthesis networks for power synthesis, the power amplifier has a continuous wave saturated output power greater than 2 000 watts and a maximum output power of 2 290 watts in the operating frequency band of 900 MHz. Radio frequency predistortion technology is applied, and the improvement of the third-order intermodulation is up to 4 dB, which is better than -29 dBc. A forced air cooling scheme is chosen for finned radiators with heat pipes to improve the heat transfer efficiency, and the heat dissipation performance is excellent. The power amplifier is equipped with comprehensive control and protection functions, the reliability and practicality of which meets the requirements of engineering use. The socket and power module adopt a hot swappable design, which is convenient for quick maintenance and suitable for microwave transmission system in fields such as measurement and control, communication and broadcasting.
Key words : C-band；GaN power amplifier；radio frequency predistortion；efficient heat dissipation

引言

功率放大器是微波毫米波發(fā)射系統(tǒng)中的核心部件之一。隨著半導(dǎo)體材料和工藝的不斷發(fā)展，固態(tài)功率器件以較寬的工作頻帶、較高的可靠性、較大的安全系數(shù)、較長的使用壽命等突出優(yōu)點(diǎn)，使其在雷達(dá)、通信、測(cè)控等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。隨著航天測(cè)控、衛(wèi)星通信、廣播電視等技術(shù)的不斷提升，對(duì)具有高線性度的大功率固態(tài)功放的需求越來越迫切[1]。

隨著第三代半導(dǎo)體氮化鎵技術(shù)的迅猛發(fā)展，與傳統(tǒng)基于砷化鎵材料的第二代半導(dǎo)體器件相比，氮化鎵功率器件具有輸出功率大、效率高、頻帶寬、耐高溫等特點(diǎn)，得到了越來越多的應(yīng)用，是當(dāng)代功率半導(dǎo)體技術(shù)最重要的發(fā)展前沿之一[2]。

長期以來行波管功放具有輸出功率大、工作帶寬范圍寬、效率高等特點(diǎn)，一直占據(jù)著高功率功放市場(chǎng)。但行波管功放與固態(tài)功放相比，其平均無故障工作時(shí)間短、工作電壓高，可靠性、穩(wěn)定性不如固態(tài)功率放大器。近年來隨著GaN器件的成熟，固態(tài)器件在單管的功率和效率都取得較大的發(fā)展。目前，GaN功率器件結(jié)合各類高效的固態(tài)功率合成技術(shù)已可以實(shí)現(xiàn)kW量級(jí)的微波、毫米波固態(tài)功放。隨著各種技術(shù)的成熟，近年來國內(nèi)很多地面、機(jī)載、艦載等大功率設(shè)備都在逐步取代傳統(tǒng)的真空器件放大器。

本文介紹了一種C波段2 000 W氮化鎵高功率固態(tài)功放的工程實(shí)現(xiàn)。采用微帶Gysel功分器與波導(dǎo)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的混合功分/合成網(wǎng)絡(luò)[3]將32個(gè)高功率GaN HMET管芯芯片加以合成，在所需的工作頻段5.85~6.75 GHz內(nèi)，固態(tài)功放連續(xù)波輸出功率可達(dá)2 000 W；采用射頻預(yù)失真線性化技術(shù)，提出了一種新穎的預(yù)失真結(jié)構(gòu)，可根據(jù)GaN功率芯片的非線性特性進(jìn)行匹配，三階互調(diào)可達(dá)-29 dBc；功放安裝于44U標(biāo)準(zhǔn)19英寸機(jī)柜，具有完善監(jiān)控保護(hù)功能，并采用熱插拔設(shè)計(jì)，可保證發(fā)射系統(tǒng)連續(xù)不間斷工作，工程實(shí)用性強(qiáng)。


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作者信息：

張能波，李凱，胡順勇，楊萍

（中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所，四川 成都 610036）


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