氮化镓毫米波功放技术发展

氮化镓(GaN)毫米波功放器具有工作频率高、输出功率大、功率转换效率高等优势,在新一代移动通信、高分辨毫米波成像雷达等领域具有广阔的应用前景.本文综述了国内外GaN毫米波功率器件发展历史和低损耗栅结构、短沟道抑制技术、寄生电阻抑制技术等关键技术特点,综合分析了适合Ka-W波段GaN单片毫米波集成电路(MMIC)功放的架...     

GaN基半导体技术的空间应用研究与展望

空间太阳能电站需要高效率、良好环境适应性和长寿命的新型光电转换材料和大功率半导体器件。从功率器件和太阳能电池两个方面,概述了宽禁带半导体在太阳能技术中的应用和研发动态。采用宽禁带半导体设计的GaN高效固态功放和禁带宽度从0.7 eV(InN)～3.4 eV(GaN)连续可调的InGaN直接带隙的太阳能电池具有可靠性高、效率高、体积小、质量轻、高抗辐射能力等优点。因此,随着GaN基宽禁带半导体材料及器件的进一步发展,可助推空间太阳能电站早日实现。     

星载大功率GaN固态功放寿命评估方法

近年来大功率氮化镓(GaN)固态功放开始逐步星载应用,但产品可靠性仍未得到充分验证.文章提出利用加速寿命试验(ALT)和在轨工作情况相结合的方法进行大功率GaN固态功放寿命评估.首先利用故障模式、机理及影响分析(FMMEA)确定固态功放的薄弱环节和主要失效机理;然后基于阿仑尼乌斯(Arrhenius)模型研究加速寿命试...     

100 W微波等离子推力器固态源研制

为了实现微波等离子推力器的小型化,利用固态器件、衰减器和检波器一体化设计技术及液体冷却技术,研制出小型化的微波等离子推力器固态源,其输出和反射微波功率可由固态源输入电压和检波器的输出电压进行控制与检测,固态源的质量与体积分别是磁控管微波源的15%和6%。对采用固态源的推力器分别进行了地面和真空实验,结果表明固态源能稳定可靠地工作。     

LEO卫星发射机功率长期变化分析

针对空间环境辐射效应对低轨(Low Earth Orbit,LEO)卫星固态功放器件的长期影响,以工作超过15年的某卫星发射机为对象,在详细讨论卫星轨道半长轴、倾角、光照角和降交点地方时漂移基础上,分析发射机在轨温度、输出功率等参数变化,重点考察功率长期漂移情况.通过建立模型对功率衰减进行估计,最后结合遥测数据进行检验...     

星载氮化镓固态功率放大器整机高可靠设计技术研究

为了满足星载应用对于固态功率放大器长寿命的应用需求，针对近年来研究较多的氮化镓（gallium nitride,GaN）固态功率放大器（solid state power amplifier,SSPA），阐述了器件存在的可靠性问题，提出了整机高可靠设计方法。首先，探讨了氮化镓器件的典型失效机理，给出了氮化镓器件在高场退化以及热退化方面的研究结果，分析了逆压电极化效应及热载流子效应引起器件退化的物理机制。其次，围绕降额设计、整机热设计以及电路稳定性设计，研究了如何针对氮化镓器件的特点实现星载固放的高可靠设计，并给出了典型的仿真及实验结果。最后，给出了典型的星载固态功率放大器空间环境模拟试验结果，产品在热真空试验、温循老炼以及高温老炼等试验过程中表现出了较高的稳定性和一致性，为氮化镓固态功率放大器的上星应用提供了有力的支撑。     

航天器固态功率控制技术研究

随着航天器不断向智能化和大容量方向发展,基于继电器的传统供配电控制方式已无法满足航天器对供配电系统配置管理、故障检测与诊断以及可靠性的要求,采用固态功率控制技术成为当前发展的趋势。固态功率控制器是一种由固态功率器件和智能控制电路组成的无触点开关,主要利用功率电子器件实现开关特性,集继电器的转换功能和断路器的电路保护功能于一体,一般具有过载保护和状态检测功能。通过对固态功率控制器工作原理和主要关键技术的研究,分析了航天器固态功率控制技术在高可靠、小尺寸和高智能化程度方面的优势,并对固态功率控制技术的未来发展方向进行了展望。     

星用小型化Ku频段8W固态功率放大器设计

为了满足卫星分系统对于固态功率放大器小型化的要求,提出了一种星用Ku频段8W固态功率放大器的设计方法。首先采用集成化设计技术,将所有射频功能集中在单个模块中,实现固态功率放大器整机的小型化;其次,通过优化整机热设计,使得微波功率单片满足结温降额要求,实现整机高可靠;最后,通过优化电源电路设计,提高电源的抗干扰能力,实现整机的高稳定。利用以上技术,实现了输出功率大于8W、效率高于22%、重量仅为770g的Ku频段星载固态功率放大器研制,相比传统的分立器件单机,体积缩小了近1/2。空间模拟环境试验结果表明,所研制的Ku频段8W固态功率放大器具有较高的可靠性,满足宇航应用要求,目前已实现在轨运行。该单机非常适用于我国“快、智、廉”卫星型号的应用,未来具有广阔的应用前景。     

面向功放-整流一体化设计的逆F类功率放大器

针对微波无线功率传输对于高功率处理能力的高效整流器需求,提出一种基于高效率功率放大器的功放-整流一体化设计思路。文章首先使用型号为CG2H40010F的氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT),通过谐波控制、负载牵引等方法,设计出一款工作在2.45GHz逆F类高效率功率放大器。在高效率功率放大器的基础上基于时间反转对偶理论,通过改变逆F类功率放大器电流方向,同时结合耦合器和移相器实现了高功率容量整流电路的设计。仿真结果表明,在245GHz工作频率下,功率放大器的输入功率为28dBm时,功率附加效率达到76%,输出功率40dBm;整流电路的输入功率为41dBm时,RF-DC转换效率可达到79%,整流最佳效率大于80%,显示了整流器的高功率处理能力。引入了两个单刀双掷开关实现功率放大器和整流器的功能切换,文章对核心电路功率放大器进行了实物测试,测试结果与仿真重合较好,验证了功放-整流一体化设计的可行性。     

用于空间太阳能电站的新型高效半导体功率器件可靠性研究

文章重点围绕GaN基HEMT器件的辐照效应和高场退化效应进行论述,立足于空间用GaN基HEMT器件技术发展需求,着眼于空间用GaN基HEMT器件的可靠性研究进展,从理论上分析材料和器件参数变化的原因,提出星载GaN基HEMT器件的高可靠性、长寿命控制手段。