| 本文介绍了S 波段输出功率 为13W 的固态脉冲功放的研制方 法，描述了该功放模块的设计过 程和测试结果。该功放可以用于 固态发射机的前级驱动的能量放 大模块。 【关键词】固态功放 脉冲调制 1 引言 在雷达系统中，脉冲功率放大器是其中 不可缺少的组成部件。随着雷达技术的不断发 展，研制小型化、高功率和高可靠性的微波脉 冲功率放大器模块，对于国防及民用需求具有 重要意义。本文介绍的S 波段微波脉冲功率放 大器模块具有功率大、体积小、性能良好和使 用方便等优点。 2 方案设计 2.1 主要技术指标 设计的S 波段脉冲功率放大器的主要技 术指标为：工作频率为2853 ～ 2859MHz；输 入功率12dBm；输出功率不低于13W；上升 沿不高于130ns；下降沿不高于100ns；顶降 不高于3%；脉宽不高于200us；占空比不高 于10%； 2.2 功率放大器整体设计 S 波段13W 固态脉冲功放的研制 文/唐进 王腾飞 本文介绍了S 波段输出功率 为13W 的固态脉冲功放的研制方 法，描述了该功放模块的设计过 程和测试结果。该功放可以用于 固态发射机的前级驱动的能量放 大模块。 摘 要 本设计的功放主要将直流能量转换为交 流能量，使得输入交流信号能量获得数量级的 放大，从而得到所需功率输出。射频放大器与 常规低频电路的设计方法不同，它需要考虑入 射电压波和入射电流波，都必须与有源器件良 好匹配，以便降低电压驻波比、避免寄生震荡。 本设计整个功率放大器的原理框图如图1。 2.3 脉冲调制电路的设计 获得快速上升沿和下降沿是该脉冲功 放的设计难点之一。本设计采用栅极调制方 式， 由于微波晶体管本身的上升沿时间在 20ns ～ 50ns，所以放大器的上升时间和下降 时间主要取决于其直流偏置。对于栅极脉冲调 制方式，偏置电路中的旁路电容越大，时间常 数越大，脉冲上升沿和下降沿越差，所以旁路 电容越小调制效果越佳，但旁路电容减小时会 对放大器稳定性造成影响，在实际电路中需调 节电容大小这种二者矛盾。 控制电路主要利用了P-channel MOSFET 可以用作开关这一特点，由栅极电压VG 控制 开关状态，用FET 作微波开关的主要优点是 能简化偏置网络、驱动功耗小、且具有宽带特 性和大的功率容量，并能提供很高的开关速度。 本设计选用了型号为IRF4905 的开关 管，IRF4905 是P 沟道的MOSFET, 具有极低 得导通电阻和快速的转换速率，使用ADS 对 MOSFET 的控制进行了时域仿真，结果表明 控制效果良好，管子导通时线性工作，输出电 压基本等于输入电压，整个调制脉冲控制电路 设计如图2 所示。 2.4 功放模块的选定 为了满足指标以及国产化的要求，这里 的功率放大模块选用了中电55 所的型号为 WFB027031-P47 的模块， 该模块具有体积 小、可靠性高、输出功率大等优点，增益可达 29dB，最大输出功率达到15W，上升下降沿 时间以及脉宽的指标都能满足本设计的要求， 完全能保证本功放的所有指标要求。 2.5 输出功率温度漂移考虑 由于电子器件自身存在的温度漂移特 性， 为保障S 波段13W 固态脉冲功率放 大器输出功率在全温范围内的稳定性， 需 要至少在两个方面做到保证。其一， 确保 WFB027031-P47 型的放大模块处于深度饱和 状态，这在设计选型时已经考虑。其二，确保 供给WFB027031-P47 型的放大模块的36V 和 10V 电压正常，不可过小。 2.6 电磁兼容设计 功率放大器设计时，充分考虑电磁兼容 性设计。采用独立的封闭金属小腔体结构设计， 提高产品的电磁兼容性能；在产品设计时，采 用线性电源输入，在电源输入端增加不同容值 的电容，和高隔离屏蔽胶带，防止外部信号干 扰。 2.7 热设计 功放组件是一种大功率模块，其工作时 产生的耗散功率会以热量的形式散发出来， 因此功率放大器的热设计对功放组件安全工 作有非常重要的意义。为保障SCPA2834-20 脉冲功率放大器在-40℃～ +55℃的环境下工 作，器材选用时都采用可在连续波条件下工作 的功率管。以组件输出峰值功率13W 占空比 1%，按系统效率10% 计算，末级功率管的耗 散功率为13W，热阻为0.8/C/W。由此可算出 在环境温度为55℃时，末级功率管的结温为 55+13×0.8=65.4℃，远远小于器件烧毁时的最 高结温175℃。因此功率放大器在高温55℃时 可安全工作。 实验结论：按照以上方法所设计的脉冲 功放是能达到指标的，其中有些不完善的地方， 敬请专家指正。 作者单位 安徽四创电子股份有限公司 安徽省合肥市 230000 |
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