文档介绍：S波段宽带微波固态功率放大器的设计
程光伟, 赵文
(西安工业大学电子信息工程学院,西安 710032)
摘要:微波功率放大器是发射机的重要组件,它的设计成了微波发射系统的关键。文中使用ADS仿真软件对一款功率放大器进行仿真和电路设计,根据晶体管的小信号S参数和I-V曲线,对功率管的输入、输出阻抗匹配电路及其偏置电路进行优化设计,使其性能达到设计要求。在2GHz~ GHz的频段内,对输入功率为0dBm射频信号,使用功放模块可以输出40dBm的射频信号,带内波动≤± dB。
关键词:宽带;横向扩散金属氧化物半导体;微波功率放大器
宽带功率放大器在雷达、无线通信、电子对抗以及软件无线电等系统中的应用越来越广泛,特别是微波领域,对宽带功放有着极大需求,是宽带微波发射系统的关键部件。随着通信技术的发展,对宽带功率放大器的研究,也越来越受重视。宽带功率放大器是相对于窄带放大器而言的,通常指频带在其中心频率处,达到15%以上带宽的功率放大器,在其带宽内,增益波动小,输出功率较稳定。横向扩散金属氧化物半导体(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor,LDMOS)场效应管(Field Effect Transistor,FET)是一种性价比很高的器件,自上世纪80年代应用以来,一直在通信系统的固态功放中起着主导作用,近些年向着更高频率、高增益、大功率的方向发展。LDMOS FETs基于成熟的Si工艺,采用价格低廉,高质量的Si材料,与以往的FET管和晶体管相比,具有更高的增益,更好的散热性能和优秀的热稳定性,与GaN等宽禁带FET管相比,具有相当的功率增益和效率,价格只有其1/10。因此,LDMOS管具有最佳的性价比,更适合大功率功放使用,比GaAs、SiC、GaN等器件有着更低的成本,在微波频率低端(5GHz以下)具有非常大的优势[1-7]。
本文的目标是运用高性价比的LDMOS FETs,运用先进设计系统(Advanced Design System,ADS)射频电路设计与仿真软件,设计出一款500M带宽的通用的S波段功率放大器,可用于雷达发射机、无线通信、电子对抗及软件无线电的驱动级或末级功率放大模块,其主要技术指标为:工作频率为2GHz~ GHz的频段内;输入功率为0dBm;输出平均功
收稿日期:2011-08-13
作者简介:程光伟(1957-),男,西安工业大学副教授,主要从事通信与电子信息专业领域的研究工作。Email: ******@sina., 手机:**********.
通讯作者:赵文,Email: wisezhwen@,手机:**********.
率40dBm;带内波动≤± dB;增益40dB。
1 宽带固态功放设计原理
文中设计的微波功放模块,根据该放大器工作频带宽度,输出线性功率大等特点,在进行功放总体设计时,采用分级设计,再进行级联的设计方法。每一级功放均采用双分支平衡结构进行宽带匹配。本功放模块采用三级放大,前级功放采用的是异质结双极性(Heterojunction Bipolar Transistor,HBT)单片集成元件放大器,驱动级和末级功放选用的是LDMOS FETs分立元件放大器。功放总体设计如图1所示,最后一级放大