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。     

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。     

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%。     

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。     

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。     

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。     

用于无线能量传输的高效GaN HEMTF类放大器设计

微波功率传输是实现空间太阳能电站的关键技术之一,本文给出了2.45GHz高效Ga N F类功率放大器的设计。仿真得到该功放功率附加效率为78.8%,输出功率40.3d Bm,该结果预示了其在相关领域的应用。最终对放大器电路进行了测试,实测得到放大器在2.45GHz工作频点上漏极效率为67.3%,饱和输出功率38.2d Bm,增益8d B。     

低压低功率SiGe BiCMOS X波段低噪声放大器与IEEE 802．11a LNA的设计比较研究

介绍了一种采用0．25um SiGe BiCMOS工艺集成的低压低功率X波段低噪声放大器（LNA），比较了此种放大器与IEEE 802．11a LNA的设计。X波段LNA和IEEE 802．11a LNA的工作频率分别为10GHz和5．8GHz。所设计的LNA都采用了相同的结构和电压，并耗费同量的电流。两种LNA都只需要1．5V的电压，消耗1．5mW的直流功率。两种电路的差异是它们有不同的输入与输出匹配和负载。本文介绍的LNA在10GHz时的电压增益为11．49dB，噪声系数（NF）为3．84dB，输入反射损失为-15.37dB，输出反射损失为-17dB，P1dB为-3．75dBm。在5．8GHz时的电压增益为16．07dB，噪声系数为3．07dB，输入反射损失为-18．1dB，输出反射损失为-15．23dB，P1dB为-6．54dBm。两电路的关键特征是：低压、低功率和良好的噪声匹配。频率为IOGHz和5．8GHz时，噪声系数与最小噪声系数之差分别只有0．03dB和0．05dB。验证了一种高频（X波段）低成本设计，与其他技术（如GaAs、SiBJT、JFET、PHMET和MESFET等）相比，它是在SiGe BiCMOS中设计的。     

基于噪声抵消技术的射频宽带低噪声放大器设计

基于SMIC 0.181μm CMOS工艺,设计一款可用于1GHz~2GHz射频接收机前端的低噪声放大器。放大器利用共栅结构实现输入阻抗匹配,采用噪声抵消技术实现低噪声,核心电路尺寸为600μm×650μm。仿真结果表明,在1GHz~2GHz频率范围内,输入反射系数小于-10dB,噪声系数低于3.63dB,输入1dB压缩点在1.414GHz为-6.93dBm,在1.8V电源电压下,主体电路的功耗为18.8mW。     

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。     

Ku波段低噪声放大器的设计

设计一款Ku波段低噪声放大器,放大器采用两级PHEMT晶体管(VMMK1225)级联结构,单电源供电模式。应用微波仿真软件ADS对匹配电路进行优化设计,在11.7GHz～12.5GHz的工作频段内放大器噪声系数小于0.23 dB,带内增益大于31dB,输入、输出驻波比小于1.6。仿真结果表明,设计完全满足性能指标要求。     

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。     

星载C频段100W脉冲固态功率放大器设计

为了满足卫星系统对星载固放产品的小型化、高集成的要求，文章应用国产氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN high electron mobility transistors, GaN HEMT），设计实现了一款星载C频段100W脉冲固态功率放大器（Solid state power amplifier, SSPA）。针对系统对固放性能的要求，采用阶梯阻抗变换匹配的方法，应用ADS电路设计软件，对功率放大模块中输入/输出匹配电路进行了精确仿真及性能验证，以保证功率放大电路在稳定工作的前提下，其输出功率和效率均能满足指标要求，最后给出了固放整机的实际测试数据。该固放在40MHz工作频带、脉宽1.8ms、占空比18.7%的条件下，输出功率大于108W，发射链路增益大于57dB，整机直流功耗小于60W，实现了C频段星载大功率脉冲发射机的固态化。经环境试验考核和系统联试验证，在工作温度范围内，固放的输出功率大于100W，变化小于0.3dB，表明该固放可完全满足卫星雷达系统的使用要求和可靠性要求。     

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。     

利用ADS软件仿真设计低噪声功率放大器

利用Advanced Design System（ADS）微波软件设计低噪声功率放大器（LNA）。对输出稳定性电路、最佳噪声匹配、噪声最小设计输入匹配电路、功率增益最大设计输出匹配电路进行分析、优化和仿真。     

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。     

一种星载固态功率放大器用400W二次电源设计

为了满足导航卫星系统对于固态功率放大器大功率、高可靠性、轻量化的需求,文章采用移相全桥同步整流变换电路加反激变换电路匹配的拓扑方案,设计了一种星载L频段固态放大器用400W二次电源,并详细给出了二次电源拓扑结构及设计原理分析。文章重点对变压器热耗进行分析,为了更好地进行变压器散热设计,该方案创新性采用灌封主功率变压器散热方案,灌封变压器的温度从104℃降低为85.5℃,散热相比有明显改善。同时给出了实物环路测试、电性能指标对比测试以及热平衡与热仿真对比测试,电源效率92.8%,环路的相位裕量42°,增益裕度26dB。测试结果表明设计的二次电源在实现高效率大功率输出的同时,有效地实现器件的一级降额散热,满足高可靠性的批产需求。     

X波段圆极化大功率整流天线研究

随着新时代能源互联网演进发展，传感器作为物联网中的最基础核心器件，对持续电源供给的需求与日俱增。采用无线能量传输可以实时便捷的为此传感器进行能量供给。现有成熟的整流天线设计多集中在5.8GHz以下，更高频段且大功率的整流设计鲜有涉及。本文重点研究一款工作在X波段的圆极化大功率整流天线，主要包括天线和整流电路优化设计2部分。天线采用圆极化设计，工作在9.6GHz频段，在0到45。的宽角度范围内都具有良好的圆极化轴比，可以灵敏的接收能量信号。整流电路基于双管并联结构和短路匹配支节进行设计，实测在1W的输入功率下可获得50%的整流效率。最后进行天线和电路的整合，并进行实测，300mW的发射功率下，在负载为40欧姆的情况下可获得1.25V的输出电压。实验结果表明，该结构可以有效的实现远距离能量传输。     

Ka波段宽带波导-微带转换结构设计与应用

为探索毫米波功放高功率稳定输出特性，设计研究了一种适用于Ka波段的共面输出新型波导-微带转换结构，采用HFSS仿真软件分析了结构可行性，并在样机上进行组装验证。通过优化转换结构，设计两段式微带的一体化结构矩形波导口作为射频输出，波导口尺寸为2.0mm×711mm，通过在波导微带探针结构中引入共面波导间的宽带互联结构，采用键合金丝串联微带与探针完成阻抗匹配，在确保薄膜探针可靠性组装的同时，可有效确保射频输出指标的一致性。最终产品性能测试覆盖33.5GHz～35.5GHz，实现了毫米波信号的优良传输，输出功率稳定保持40dBm～42dBm。该两段式微带-波导转换方式，具有功率较高、损耗较低的特点，加工一致性好，在微波毫米波领域具有非常广阔的应用前景。     

星载Ku频段混频器研制

叙述了一种可用于星载微波接收机的14/12GHz谐波混频器的原理、设计、仿真及实验结果。该混频器主要由Lange耦合器、输入、输出滤波器以及匹配网络等部分组成。在14.00～14.25GHz的频率范围内变频增益为-16.52dB,带内平坦度优于1dB,驻波比小于2。