基于谐波调谐的F类30W高效率放大器设计

文章基于CREE公司的CGH40025氮化镓HEMT器件，利用谐波调谐的方法，设计了一种L波段F类30W高效率放大器。该放大器由偏置电路、输入匹配电路及输出匹配电路构成。偏置电路由四分之一波长线和射频电容构成，完成电源供电与射频厄流作用。在输入匹配网络中，利用共轭匹配，完成增益最大化设计，同时，利用RC网络构成稳定电路。在输出匹配网络中，利用微带开路和短路阻抗线，完成了基波阻抗匹配、二次谐波阻抗短路和三次谐波阻抗无穷大的设计。在1.5GHz处进行连续波测试，放大器输出功率为45.02dBm（31.7W），增益为15.7dB，功率附加效率（PAE）为71%，漏极效率（DE）为73%。 在频率1.25GHz～1.52GHz的带宽内，功率变化范围为44dBm～45dBm，附加效率变化范围为50%～72%。 测试结果表明，通过谐波阻抗的设计与调整，完成了对放大器输出电压和电流波形的控制，从而达到高效率放大器设计的目的。     

高功率中距离2.45GHz微波输能系统

微波输能技术是空间太阳能电站、空间飞行器供能和无线传感网络领域的关键技术。本文设计了一套工作于2.45 GHz的高功率中距离微波输能系统，主要包括微波功率发生器、整流天线和收发天线。其中，微波功率发生器最大输出功率为53.272 dBm（212 W）时，末级放大器的漏极效率可达57.612%；当输入功率为30 dBm，负载为260 Ω时，整流电路整流效率达到75%；采用简单的抛物面天线，传输距离为8m的情况下，波束捕获效率能够保持在45%以上。实测200W时微波发生器效率为49.3%，整流电路效率为63%，在波束捕获效率为45%时，理论计算的该系统直流到直流传输效率可以达到14%。     

基于连续模FV类的VHF频段放大器设计

文章利用CREE公司的CGH40006P，完成了VHF频段高效放大器设计，该设计不同于此频段的通常设计方法。设计中，基于连续模放大器FV模式的设计理论，在F类放大器偏置条件和基波阻抗的基础上，通过改变时域电压的波形，得到了连续模FV类模式下的阻抗条件。利用微波波形工程的方法，通过仿真，完成了放大器输出电压电流波形、动态负载线的设计控制以及对应的微波大信号特性。通过空气绕制电感、高Q射频电容及微带线，完成基波、二次谐波和三次谐波的匹配。在165MHz连续波输出情况下，放大器输出功率为39dBm，增益为26dB，功率附加效率为81%。 在150MHz～200MHz、 28%的相对带宽内，最大功率为39.1dBm；在全频带内，功率附加效率大于65%，最大功率附加效率为87.9%。在-40℃～+70℃温度范围内，放大器的输出功率及功率增益差别小于0.15dB。     

一种应用于导航接收机的高动态低功耗AGC系统设计

设计一种可应用于GPS/BDS兼容导航接收机的自动增益控制系统。在SMIC 0.18μm CMOS工艺下,可编程增益放大器动态范围达到59d B,系统输出功率误差不超过3.671d Bm。     

一种小型化的大功率微波整流电路

为了满足微波输能系统的大功率整流要求，本文基于多支路共用匹配阻抗的方法设计了一种微带线结构的大功率微波整流电路。首先采用微带线结构的功分器将输入的大功率微波能量分为较小功率的微波能量，然后在功分器的每一条支路上利用肖特基二极管阵列将微波能量转换为直流能量，且所有的支路共用阻抗匹配电路。最后将所有支路的直流能量合并输出，实现大功率微波整流。实验结果表明，当输入功率大于34 dBm时，实测直流输出功率大于1w；在输入功率为39.28 dBm时，整流电路的最高实测效率为44.27%；在输入功率为41.42 dBm时，整流电路的最高实测直流输出功率达到了5.84w。该微波整流电路工作于2.45GHz，尺寸为40mm×80mm，具有尺寸小、整流后直流输出功率大，易于集成的特点，可为易于集成的大功率微波整流电路提供设计指导。     

微波无线能量传输功率放大器效率提升的 设计方法研究

针对用于微波无线能量传输系统中的微波功率放大器高效率需求,文章提出了一种提高功率放大器功率附加效率及输出功率的设计方法。通过功率放大器内部的功率流向统计,分析了反馈电容通道对高频功率放大器效率损失的影响,进而提出在栅极-漏极之间引入反馈谐振网络,提高晶体管内部漏极到栅极反馈支路的阻抗,减少产生的功率流向内部漏极到栅极支路,降低晶体管内部通道的功率损耗,从而保证在产生的总功率保持不变的前提下,增加了流向负载上功率,实现微波功率放大器输出功率的增加和功率附加效率的提高。验证电路仿真结果表明,功率放大器在5.78GHz~5.82GHz频率范围内功率附加效率均高于70%,漏极效率优于80.5%,输出功率高于10.5W。证明了该方法在提升功率放大器效率方面切实可行,研究成果对提高应用于微波能量传输系统的功率放大器效率提供有力支撑。     

6GHz-18GHz大功率高效率功率合成模块设计

超宽带功率合成是实现微波毫米波固态大功率发射机的关键技术。针对传统二进制功率合成方式合成效率低、体积大等缺点,提出一种新型同轴波导空间功率合成电路,采用Hecken形式渐变同轴过渡电路、渐变槽线微带过渡电路实现16路功率合成。实测结果表明,在6-18GHz频带内,功率合成器输出功率典型值为150W,电源效率典型值为20%,具有重要的工程应用价值。     

基于交错带状线3 dB电桥的大功率功放技术

在现今的军用电子系统中，功率放大器起着举足轻重的作用。功率合成器件作为功率放大器的重要组成部分，需要满足高合成效率、高功率耐受能力和小型化的特性要求。基于交错耦合带状线定向耦合器，通过宽带匹配级联设计了一款8 GHz~12 GHz的四路功率合路器。测试结果显示：四路功率合路器的隔离度<-15 dB，回波损耗<-19 dB，合成效率>78.7%。基于该四路功率合成模块研制了一款X频段功率放大器，样机尺寸为52 mm×38 mm×5.5 mm，放大器在8 GHz~12 GHz的最大输出功率为52.2 dBm（40%占空比），插入损耗<1.4 dB。与传统的平面结构相比，基于这种功率合成器的结构更紧凑，合成效率更高，隔离度更好，功率耐受能力更强，适用于卫星通信、雷达和电子对抗等领域。     

C波段5瓦GaAs场效应晶体管功率放大器

研制成一种C波段5W GaAs FET(砷化镓场效应晶体管)四级功率放大器。该放大器工作频段为3.7～4.2 GHz,1分贝点带宽约300 MHz;在中心频率处,饱和输出功率为4.67W,增益大于26dB,总效率约14％。本文还介绍了利用浅漏偏置条件下的小信号S参数代替大信号S参数设计匹配电路的情况。     

基于锁相环原理的915MHz信号发生器设计

基于锁相环原理设计研制一款915MHz信号发生器。发生器由锁相环路和功率放大器两部分组成,锁相环路由频率合成芯片ADF4153、无源三阶滤波器、压控振荡器VCO190-915TY构成,功率放大器采用功放管MW6S004NT设计实现。利用ADS软件分别建立锁相环和功率放大器模型,完成功率放大器的阻抗匹配设计,并进行性能仿真,最终实现了信号发生器的硬件样品。仿真结果显示,信号发生器在915MHz处S21为24.205d B,输出功率1d B压缩点为37.022d Bm。样件实物测试表明,信号发生器在915MHz处频率稳定,输出功率达到14.904d Bm,整体性能良好。     

2GHz～6GHz功率驱动模块研究

文章研究了工作频率为2GHz～6GHz的微波功率模块（MPM）中的功率驱动模块。分析了功率驱动模块的特性与基本分析方法,重点研究了驱动模块中均衡网络的分析与设计及功率放大器的偏置技术。针对微波功率模块中小型化行波管的离散特性,可以利用仿真软件的优化功能快速地对功率驱动模块进行辅助设计。基于此方法,设计了一个频率为2GHz～6GHz、最大输出功率达32．5dBm的功率驱动模块。     

L波段高效小尺寸功率放大器载片设计

为了应对当前市场对功率器件更低成本、更小尺寸和更优性能的要求，设计了一款工作频率为1.2～1.4GHz的高效率小尺寸氮化镓（gallium nitride,GaN）基功率放大器载片。使用有源时域负载牵引系统对GaN管芯进行在片测试并提取管芯的非线性行为模型，在先进设计系统（advanced design system,ADS）软件中利用模型进行阻抗匹配电路设计和仿真，将功率放大器端口匹配到了目标阻抗50Ω。该载片采用谐波控制技术使功率放大器附加效率提高了6%～8%，采用高介电常数的陶瓷材料将载片电路集成在8mm×8mm。实测结果显示，放大器在漏源电压28V、100us脉宽和10%占空比脉冲输入的工作条件下，在小尺寸的载体上实现了输出功率大于56W，功率附加效率大于78%的高效率指标。     

一种微波输能的高效二极管阵列整流电路设计与分析

微波无线能量传输是实现远距离无线传能的主要方式之一，也是空间太阳能电站系统的核心技术之一。微波整流电路是实现微波到直流转换的关键环节，为实现大功率、远距离微波无线能量传输，文章设计了一种频率为2.45GHz的二极管阵列整流电路，能在大功率下完成高效整流，且对负载变化的敏感度低。测试表明：在27dBm输入功率、150Ω负载下，MW DC转换效率最大达71.83%；输入功率为23~32dBm时的转换率高于65%；即使输入功率低至17dBm的转换率仍高于50%。因此，论文所提整流电路的输入功率动态范围大，最高可达32dbm，且转换效率高，可用于微波无线能量传输中。     

Ku波段25W场效应固态放大器

报导了研制的Ku波段25W固态放大器,高增益级和线性级用模快结构,功分/合成桥采用矩形腔四路同相功分/合成器。阐述了该固态放大器的组成、设计及实验结果。研制的25W固放主要性能为;中心频率11.93GHz,带宽100MHz,输出功率25W,饱和增益56dB,带内增益波动小于0.7dB。该固放已用于Ku波段双路转发器联试实验中。     

用于下一代X波段T／R模块的20WGaN高功率放大器（HPAs）

用于未来X波段有源相控阵天线的下一代T／R模块的高功率放大器是在新型AlGaN／GaNHEMT结构的底板上实现的，该HEMT结构外延形成于Sil晶片基板上。设计和实现了作为发射链关键元件的混合和单片集成电路。 在混合电路设计基础上，可实现23W（436dBm）的最佳峰值功率电平及29％的相应功率增加效率（PAE）。在2GHz（X波段）的带宽范围内输出功率电平大于20W。 在一种更为复杂的方法中，采用新型通孔微带技术首先设计、仿真并制作了单片微波集成电路（MMICs）。在12mm^2的小型芯片上测量出了20W（43dBm）的输出功率电平以及30％的相应PAE。获得了高达36．5％的最大功率增加效率值。     

星载双行波管放大器的高效率Buck电路设计

行波管放大器具有可靠性高、输出功率大、宽频带、寿命长、线性度高等诸多优点，在星载大功率部件中扮演着重要角色。为了实现星载行波管放大器的轻量化和高效率，文章设计了一种星载大功率双行波管放大器用电源。通过优化设计Buck电路辅助开关管的工作时序，推导出了时序电路的优化设计公式，选用高饱和磁通密度的磁芯来合理设计辅助电感量，使双行波管放大器电源在整个宽负载范围下均实现了Buck电路的软开关工作，给出了满载下Buck电路的软开关实验波形。实验结果表明该设计可以显著提高双行波管电源中Buck电路的效率，整个负载范围内的效率均高于95%，最高效率达到了97.5%，降低了放大器的电源功耗，提高了双行波管放大器的整机效率和可靠性，降低了载荷的重量。     

X波段宽带低噪声场效应管放大器

本文介绍一种设计方法简单、调试方便、性能优良的x波段宽频带低噪声场效应晶体管放大器的设计研制过程。该放大器采用常用的单端式放大器方案,并通过一些调试技巧,使之达到令人满意的结果。其性能指标:频率范围8～12GHz;工作带宽大于2GHz,噪声系数小于3dB,功率增益大于30dB;带内平坦度优于1dB。体积175×48×30mm~2;重量400g。     

微波输能中一款S波段整流天线阵列研究

微波无线能量传输是空间无线能量传输的一种途径,微波整流天线阵列作为微波无线能量传输系统的重要组成部分,得到了迅速发展和研究。文章在2.45GHz频段分别设计了微带偶极子接收天线和高效微带整流电路,并组成50cm×50cm的微波整流天线阵列。阵列由72个整流天线单元组成,每个整流天线单元包括一个偶极子天线和一个整流电路。实验测试得到37.1%的整体传输效率。     

5.8GHz回旋波整流器整管设计

回旋波整流器把微波能转变为直流电,是微波输电的关键器件之一，文章对5.8GHz回旋波整流器进行了整管设计；运用CST电磁仿真软件结合理论分析开展了高频结构、磁体设计、电子枪、过渡区、能量耦合结构的研究，设计了工作在5.8GHz,带宽60MHz,输出电压26kV，输出功率7kW，整管整流效率达到60%的回旋波整流器。     

基于MOCVD欧姆再生长制备的高性能AlGaN/GaN HEMTs

本文基于MOCVD欧姆再生长技术，制备了高性能的AlGaN/GaN HEMTs。器件具有016Ω·mm的低欧姆接触电阻，并且在100K到425K的温度范围内，欧姆接触电阻表现出良好的热稳定性。由于欧姆接触电阻的改善，源漏间距Lsd为2μm，栅长Lg为100nm的器件的最大饱和电流密度ID,max为1350mA/mm，跨导峰值Gm,max为372mS/mm，导通电阻Ron为1.4Ω·mm，膝点电压Vknee为1.8V。此外，器件也表现出优异的射频特性，电流增益截止频率fT为60GHz，最大振荡频率fmax为109GHz，在3.6GHz下，VDS偏置在15V，器件的功率附加效率PAE为67.1%，最大输出功率密度Pout为3.2W/mm；在30GHz下，VDS偏置在20V，功率附加效率PAE为43.2%，最大输出功率密度Pout为5.6W/mm，这表明了基于MOCVD欧姆再生长技术制备的AlGaN/GaN HEMTs器件在Sub-6G以及毫米波波段的应用中具有巨大潜力。